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進(jìn)程間通信之信號

一：信號的基本介紹

信號是在軟件層次上對中斷機(jī)制的一種模擬，是一種異步通信方式(進(jìn)程在運(yùn)行過程中，隨時可能被各種信號打斷)。

信號可以直接進(jìn)行用戶空間進(jìn)程和內(nèi)核進(jìn)程之間的交互，內(nèi)核進(jìn)程也可以利用它來通知用戶空間進(jìn)程發(fā)生了那些系統(tǒng)事件。

如果該進(jìn)程當(dāng)前并未處于執(zhí)行態(tài)，則該信號就由內(nèi)核保存起來，直到該進(jìn)

程恢復(fù)執(zhí)行再傳遞個它;如果一個信號被進(jìn)程設(shè)置為阻塞，則該信號的傳遞被延遲，直到其阻塞取消時才被傳遞給進(jìn)程。

二：信號的產(chǎn)生

A.用戶在終端按下某些鍵時，終端驅(qū)動程序會發(fā)送信號給前臺進(jìn)程，例如ctr+c產(chǎn)生SIGINT, ctr + \產(chǎn)生SIGQUI信號，ctr + z產(chǎn)生SIGTSTP。

B.硬件異常產(chǎn)生信號，這些條件由硬件檢測到并通知內(nèi)核，然后內(nèi)核向當(dāng)前進(jìn)程發(fā)送適當(dāng)?shù)男盘�。例如�?dāng)前進(jìn)程執(zhí)行了除以0的指令，CPU的運(yùn)算單元會產(chǎn)生異常，內(nèi)核將這個異常解釋為SIGFPE信號發(fā)送給進(jìn)程。再比如當(dāng)前進(jìn)程訪問了非法內(nèi)存地址，MMU會產(chǎn)生異常，內(nèi)核將這個異常解釋為SIGSEGV信號發(fā)送給當(dāng)前進(jìn)程 。我們常見的段錯誤。

C.一個進(jìn)程調(diào)用int kill(pid_t pid,int sig)函數(shù)可以給另一個進(jìn)程發(fā)送信號。

D.可以用kill命令給某個進(jìn)程發(fā)送信號，如果不明確指定信號則發(fā)送SIGTERM信號，該信號的默認(rèn)處理動作是終止進(jìn)程。

E.當(dāng)內(nèi)核檢測到某種軟件條件發(fā)生時也可以通過信號通知進(jìn)程，例如鬧鐘超時產(chǎn)生

SIGALRM信號，向讀端已關(guān)閉的管道寫數(shù)據(jù)時產(chǎn)生SIGPIPE信號。

三：linux操作系統(tǒng)支持的信號

A. kill -l命令查看當(dāng)前系統(tǒng)支持的所有的信號

B:常用信號的含義

信號名	含義	默認(rèn)操作
SIGHUP	該信號在用戶終端連接(正�；蚍钦�常)結(jié)束時發(fā)出，通常是在終端的控制進(jìn)程結(jié)束時，通知同一會話內(nèi)的各個作業(yè)與控制終端不再關(guān)聯(lián)。	終止
SIGINT	該信號在用戶鍵入INTR字符(通常是Ctrl-C)時發(fā)出，終端驅(qū)動程序發(fā)送此信號并送到前臺進(jìn)程中的每一個進(jìn)程。	終止
SIGQUIT	該信號和SIGINT類似，但由QUIT字符(通常是Ctrl-\)來控制。	終止
SIGILL	該信號在一個進(jìn)程企圖執(zhí)行一條非法指令時(可執(zhí)行文件本身出現(xiàn)錯誤，或者試圖執(zhí)行數(shù)據(jù)段、堆棧溢出時)發(fā) 出。	終止
SIGFPE	該信號在發(fā)生致命的算術(shù)運(yùn)算錯誤時發(fā)出。這里不僅包括浮點(diǎn)運(yùn)算錯誤，還包括溢出及除數(shù)為0等其它所有的算術(shù)的錯誤。	終止

信號名	含義	默認(rèn)操作
SIGKILL	該信號用來立即結(jié)束程序的運(yùn)行，并且不能被阻塞、處理和忽略。	終止
SIGALRM	該信號當(dāng)一個定時器到時的時候發(fā)出。	終止
SIGSTOP	該信號用于暫停一個進(jìn)程，且不能被阻塞、處理或忽略。	暫停進(jìn)程
SIGTSTP	該信號用于暫停交互進(jìn)程，用戶可鍵入SUSP字符(通常是Ctrl-Z)發(fā)出這個信號。	暫停進(jìn)程
SIGCHLD	子進(jìn)程改變狀態(tài)時，父進(jìn)程會收到這個信號	忽略
SIGABORT	該信號用于結(jié)束進(jìn)程	終止

四：linux中進(jìn)程對信號處理

忽略信號,即對信號不做任何處理，但是有兩個信號不能忽略：即SIGKILL及

SIGSTOP。

捕捉信號，定義并注冊信號處理函數(shù)，當(dāng)信號發(fā)生時，執(zhí)行相應(yīng)的處理函數(shù)。

【重點(diǎn)】。

執(zhí)行缺省操作，Linux對每種信號都規(guī)定了默認(rèn)操作

五：相關(guān)API

1：信號的發(fā)送(kill和raise)
#include <sys/types.h>
#include <signal.h>

函數(shù)原型：int kill(pid_t pid, int sig); 函數(shù)功能:給進(jìn)程 id 為 pid 的進(jìn)程發(fā)送信號

函數(shù)參數(shù):@param pid : 發(fā)送信號的目標(biāo)進(jìn)程的 id

@param sig : 發(fā)送的信號編號，例如：9(SIGKILL) 返回值:成功調(diào)用返回 0 ,失敗返回 -1 ，并設(shè)置 errno
#include <signal.h>

函數(shù)原型：int raise(int sig); 函數(shù)功能:給當(dāng)前進(jìn)程自己發(fā)送信號

函數(shù)參數(shù):@param sig : 發(fā)送的信號編號

返回值:成功調(diào)用返回 0 ,失敗返回 -1 ，并設(shè)置 errno

.*練習(xí)

我們通過終端kill -9 某個進(jìn)程終止過一個進(jìn)程，現(xiàn)在我們使用kill函數(shù)來終止一下。過程：

父進(jìn)程創(chuàng)建一個子進(jìn)程，父進(jìn)程拿到子進(jìn)程的進(jìn)程ID;子進(jìn)程中while循環(huán)打印hello，sleep(1);

父進(jìn)程sleep(5)之后，給子進(jìn)程發(fā)送9這個信號來終止子進(jìn)程。

2：信號的捕捉(signal)

知識點(diǎn)回顧

void func(int);//函數(shù)的聲明

void (*func)(int);//定義函數(shù)指針，指向void (int)類型的函數(shù)typedef int a;//給int類型的a起別名

typedef void (*funcp)(int);//給類型為void (*)(int);的函數(shù)指針起別名funcp 捕捉信號的處理過程：

#include <signal.h>

typedef void (*sighandler_t)(int);//指向函數(shù)的指針,表示信號處理函數(shù)的形式sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

函數(shù)功能 : 將信號與信號處理函數(shù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)函數(shù)參數(shù)：@param signum : 信號的編號

@param handler : 信號處理函數(shù)的指針SIG_DFL : 表示默認(rèn)操作

SIG_IGN : 表示忽略信號(SIGKILL和SIGSTOP時不能被忽略的) 返回值：成功調(diào)用返回信號處理函數(shù)的指針,否則,返回SIG_ERR

注意：sighandler_t handler中的int保存的是調(diào)用這個函數(shù)是因為哪個信號觸發(fā)的，帶過來對應(yīng)的信號值。

.* 練習(xí)

(1)忽略ctrl+c對進(jìn)程的終止信號。signal(SIGINT, SIG_IGN);

(2)在信號處理函數(shù)中將對應(yīng)的信號的描述信息進(jìn)行打印。

.* 練習(xí)：

fork前采用signal信號處理函數(shù)不阻塞，不輪詢的方式回收僵尸態(tài)子進(jìn)程[waitpid()函數(shù)]。 在信號處理函數(shù)signal_handler()中對信號進(jìn)行收尸操作。然后利用fork函數(shù)創(chuàng)建一個子進(jìn)程。休眠10s后退出。父進(jìn)程是一個死循環(huán)，每秒輸出"father do something…"的字符串。

提示：

子進(jìn)程在終止時會給父進(jìn)程發(fā)SIGCHLD，該信號的默認(rèn)處理動作是忽略，父進(jìn)程可以自定義SIGCHLD信號的處理函數(shù)。我們這里調(diào)用waitpid非阻塞的回收僵尸態(tài)子進(jìn)程。這樣父進(jìn)程只需要專心處理自己的工作，不必關(guān)心子進(jìn)程了，子進(jìn)程終止時會通知父進(jìn)程，父進(jìn)程在信號處理函數(shù)中調(diào)用waitpid函數(shù)清理子進(jìn)程即可。

一般信號對僵尸態(tài)子進(jìn)程的處理方法：

<1>父進(jìn)程采用signal(SIGCHLD, hand_signal),采用信號處理函數(shù)，對接收到的SIGCHLD進(jìn)行進(jìn)行處理。在接收到SIGCHLD信號的時候，采用waitpid利用非阻塞的方式的釋放它們的資源。若是使用wait()函數(shù)的話，父進(jìn)程會阻塞。 [推薦使用]

<2>父進(jìn)程采用signal(SIGCHLD, SIG_IGN)，忽略SIGCHLD信號，這樣子進(jìn)程結(jié)束后，就不需要父進(jìn)程來wait和釋放資源。它會自動被過繼給老祖宗init進(jìn)程，int進(jìn)程會負(fù)責(zé)釋放他的資源，這樣就不會產(chǎn)生僵尸態(tài)子進(jìn)程。

3：定時鬧鐘函數(shù)(alarm)

unsigned int alarm(unsigned int seconds);

函數(shù)功能:給進(jìn)程啟動一個定時器，經(jīng)過seconds秒后把SIGALRM信號發(fā)送給當(dāng)前進(jìn)程。函數(shù)參數(shù):@seconds 秒

返回值:成功返回0,失敗返回 -1

注意：一個進(jìn)程只能有一個鬧鐘事件，若是多次使用alarm函數(shù)，則鬧鐘時間被刷新。

.*練習(xí)

(1)main函數(shù)中設(shè)置2s定時器，然后注冊SIGALRM信號的處理函數(shù)，處理函數(shù)中打印當(dāng)前時間到屏幕上

(2)我們現(xiàn)實中經(jīng)常有這樣的需求，需要每隔2s執(zhí)行某個函數(shù)，這樣怎么處理呢? 答案：在定時器處理函數(shù)里邊，再次刷新鬧鐘alarm(2);
#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <signal.h>
 
void handler(int sig)
{
time_t tim = time(NULL);
struct tm *ptm = localtime(&tim);
printf("d-02d-02d 02d:02d:02d\n", ptm->tm_year+1900,
ptm->tm_mon+1, ptm->tm_mday, ptm->tm_hour, ptm->tm_min, ptm->tm_sec);
alarm(1); 
return;
}
int main(int argc, const char *argv[])
{
signal(SIGALRM, handler); alarm(1);
int n = 0; while(1)
{
printf("n = d\n", ++n); usleep(200);
}
return 0;
}

4：信號的等待(pause)

int pause(void);

特點(diǎn):掛起一個進(jìn)程，直到進(jìn)程收到一個信號，進(jìn)程會繼續(xù)執(zhí)行

上邊的練習(xí)，在while循環(huán)中pause()一下。現(xiàn)象：不加pause()之前printf("n = d\n",

++n);會200ms打印一次，然后1秒打印一次時間，加上pause()之后，現(xiàn)象則是1s打印一次printf("n = d\n", ++n)，時間也是1s一次。因為pause()會將進(jìn)程掛起，接收到信號之后會繼續(xù)，進(jìn)程1s接收一次ALARM信號，則進(jìn)程會1s會被喚醒一次。

time_t tim = time(NULL);
struct tm *ptm = localtime(&tim);
printf("d-02d-02d 02d:02d:02d\n",          ptm->tm_year+1900, ptm->tm_mon+1, ptm->tm_mday, ptm->tm_hour,
ptm->tm_min, ptm->tm_sec); alarm(1);
 
return;
}
int main(int argc, const char *argv[])
{
signal(SIGALRM, handler); alarm(1);
int n = 0; while(1)
{
pause();
printf("n = d\n", ++n); usleep(200);
}
return 0;
}