Linux - signal通信-白红宇

Linux - signal通信

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发布时间：2019-05-24

本文共 5902 字，大约阅读时间需要 19 分钟。

对于 Linux来说，信号实际是软中断，许多重要的程序都需要处理信号。

信号，为 Linux 提供了一种处理异步事件的方法。比如，终端用户输入了 ctrl+c 来中断程序，会通过信号机制停止一个程序。

1. 信号概述

1.1 信号的名字和编号

每个信号都有一个名字和编号，这些名字都以“SIG”开头，例如“SIGIO ”、“SIGCHLD”等等。信号定义在signal.h头文件中，信号名都定义为正整数。

使用kill -l来查看信号的名字以及序号，信号是从1开始编号的，不存在0号信号。kill对于信号0又特殊的应用。

1.2 信号的处理

信号的处理有三种方法，分别是：忽略、捕捉和默认动作

忽略信号，大多数信号可以使用这个方式来处理，但是有两种信号不能被忽略（分别是 SIGKILL和SIGSTOP）。因为他们向内核和超级用户提供了进程终止和停止的可靠方法，如果忽略了，那么这个进程就变成了没人能管理的的进程，显然是内核设计者不希望看到的场景

捕捉信号，需要告诉内核，用户希望如何处理某一种信号，说白了就是写一个信号处理函数，然后将这个函数告诉内核。当该信号产生时，由内核来调用用户自定义的函数，以此来实现某种信号的处理。

系统默认动作，对于每个信号来说，系统都对应由默认的处理动作，当发生了该信号，系统会自动执行。不过，对系统来说，大部分的处理方式都比较粗暴，就是直接杀死该进程。
具体的信号默认动作可以使用man 7 signal来查看系统的具体定义。在此，我就不详细展开了，需要查看的，可以自行查看。也可以参考《UNIX 环境高级编程（第三部）》的 P251——P256中间对于每个信号有详细的说明。

2. 信号使用

Linux常用的 kill 命令就是一个发送信号的工具，kill -9 PID来杀死进程。

比如，我在后台运行了一个 top 工具，通过 ps 命令可以查看他的 PID，通过 kill 9 来发送了一个终止进程的信号(SIGKILL)来结束了 top 进程。

对于信号来说，最大的意义不是为了杀死信号，而是实现一些异步通讯的手段。

2.1 信号处理函数的注册

信号处理函数的注册不只一种方法，分为入门版和高级版

入门版：函数signal

高级版：函数sigaction

2.2 信号处理发送函数

信号发送函数也不止一个，同样分为入门版和高级版

入门版：kill

高级版：sigqueue

3. demo - 入门版

3.1 信号接收：

#include 
   
    typedef void (*sighandler_t)(int);  //信号处理函数sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler); //注册函数

#include 
   
    #include 
    
     #include 
     
      void handler(int signum){    if(signum == SIGIO) {        printf("SIGIO  signal: %d\n", signum);    } else if(signum == SIGUSR1) {        printf("SIGUSR1 signal: %d\n", signum);    } else {        //未注册，应用程序终止进程        printf("error \n");    }}int main(void){    signal(SIGIO, handler);    signal(SIGUSR1, handler);    printf("%d, %d\n", SIGIO, SIGUSR1);    while(1) {        sleep(1000);    }    return 0;}

注：信号的处理还有两种状态，分别是默认处理和忽略，这两种设置很简单，只需要将 handler 设置为 SIG_IGN（忽略信号）或 SIG_DFL（默认动作）即可。

在此还有两个问题需要说明一下：

当执行一个程序时，所有信号的状态都是系统默认或者忽略状态的。除非是调用exec进程忽略了某些信号。exec 函数将原先设置为要捕捉的信号都更改为默认动作，其他信号的状态则不会改变。

当一个进程调动了 fork 函数，那么子进程会继承父进程的信号处理方式。

3.2 信号发送：（也可使用终端kill）

#include 
   
    #include 
    
     int kill(pid_t pid, int sig);

#include 
   
    #include 
    
     #include 
     
      #include 
      
       #include 
       
        int main(int argc, char *argv[]){    if( argc != 3) {        printf("%s 
         
         
          \n", argv[0]); return -1; } int pid = atoi(argv[1]); int sig = atoi(argv[2]); printf("pid = %d, sig = %d\n", pid, sig); if(pid > 0 && sig > 0) { kill(pid, sig); } else { printf("Target_PID or Signal_Number must > 0\n"); } return 0;}

关于 kill 函数，还有一点需要额外说明， kill 函数传入的 pid 可以是小于等于0的整数。

pid > 0：将发送个该 pid 的进程

pid == 0：将会把信号发送给与发送进程属于同一进程组的所有进程，并且发送进程具有权限想这些进程发送信号。

pid < 0：将信号发送给进程组ID 为 pid 的绝对值得，并且发送进程具有权限向其发送信号的所有进程

pid == -1：将该信号发送给发送进程的有权限向他发送信号的所有进程。（不包括系统进程集中的进程）

4. demo升级版（带数据）

4.1 信号接收：

#include 
   
    int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);struct sigaction {   void       (*sa_handler)(int); //信号处理程序，不接受额外数据，SIG_IGN 为忽略，SIG_DFL 为默认动作   void       (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *); //信号处理程序，能够接受额外数据和sigqueue配合使用   sigset_t   sa_mask;//阻塞关键字的信号集，可以再调用捕捉函数之前，把信号添加到信号阻塞字，信号捕捉函数返回之前恢复为原先的值。   int        sa_flags;//影响信号的行为SA_SIGINFO表示能够接受数据 };//回调函数句柄sa_handler、sa_sigaction只能任选其一 siginfo_t {               int      si_signo;    /* Signal number */               int      si_errno;    /* An errno value */               int      si_code;     /* Signal code */               int      si_trapno;   /* Trap number that caused                                        hardware-generated signal                                        (unused on most architectures) */               pid_t    si_pid;      /* Sending process ID */               uid_t    si_uid;      /* Real user ID of sending process */               int      si_status;   /* Exit value or signal */               clock_t  si_utime;    /* User time consumed */               clock_t  si_stime;    /* System time consumed */               sigval_t si_value;    /* Signal value */               int      si_int;      /* POSIX.1b signal */               void    *si_ptr;      /* POSIX.1b signal */               int      si_overrun;  /* Timer overrun count; POSIX.1b timers */               int      si_timerid;  /* Timer ID; POSIX.1b timers */               void    *si_addr;     /* Memory location which caused fault */               int      si_band;     /* Band event */               int      si_fd;       /* File descriptor */}

在函数原型中，signum：注册的信号的编号；act：对该信号有新的配置；oldact：对之前的信号配置进行备份，以方便之后进行恢复。

#include 
   
    #include 
    
     #include 
     
      void handler(int signum, siginfo_t *info, void *context){    if(signum == SIGIO) {        printf("SIGIO  signal: %d\n", signum);    } else if (signum == SIGUSR1) {        printf("SIGUSR1  signal: %d\n", signum);    } else {        printf("error\n");    }    if(context) {        printf("content: %d\n", info->si_value.sival_int);    }}int main(void){    struct sigaction act = {0};    act.sa_sigaction = handler;    act.sa_flags = SA_SIGINFO; //表明信号处理程序带有附加信息    sigaction(SIGIO, &act, NULL);    sigaction(SIGUSR1, &act, NULL);    while(1) {        sleep(10);    }    return 0;}

4.2 信号发送：

#include 
   
    int sigqueue(pid_t pid, int sig, const union sigval value);union sigval {   int   sival_int;   void *sival_ptr; };

sigqueue 函数 只能把信号发送给单个进程，可以使用 value 参数向信号处理程序传递整数值或者指针值。

sigqueue 函数不但可以发送额外的数据，还可以让信号进行排队（操作系统必须实现了 POSIX.1的实时扩展），对于设置了阻塞的信号，使用 sigqueue 发送多个同一信号，在解除阻塞时，接受者会接收到发送的信号队列中的信号，而不是直接收到一次。

但是，信号不能无限的排队，信号排队的最大值受到SIGQUEUE_MAX的限制，达到最大限制后，sigqueue 会失败，errno 会被设置为 EAGAIN。

#include 
   
    #include 
    
     #include 
     
      #include 
      
       #include 
       
        int main(int argc, char *argv[]) {    if(4 != argc) {        printf("%s 
         
          
          
           \n", argv[0]); return -1; } union sigval val; int pid = atoi(argv[1]); int sig = atoi(argv[2]); val.sival_int = atoi(argv[3]); if(pid > 0 && sig > 0) { printf("send %d to pid_%d\n", val.sival_int, pid); sigqueue(pid, sig, val); } else { printf("Target_pid or Signal_number musb > 0\n"); }}