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【操作系统】进程间的通信——信号

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半生瓜的blog
发布于 2023-05-13 14:14:35
发布于 2023-05-13 14:14:35
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进程间通信-信号

信号

什么是信号?

信号是给程序提供一种可以处理异步事件的方法，它利用软件中断来实现。 我们无法自定义信号，所有信号都是系统预定义的。

信号由谁产生？

  1. 由shell终端根据当前发生的错误(例如:段错误、非法指令等)，Ctrl+C而产生相应的信号。

比如: socket通信或管道通信，如果读端已经关闭，再执行写操作(或者进行发送数据)，将导致执行写操作的进程收到SIGPIPE信号(表示管道破裂)。 该信号的默认行为——终止该进程。

  1. 在shell终端，使用kill或killall命令产生信号

示例:

代码语言：javascript
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kill -HUP pid # 向PID为pid的进程发送SIGHUP信号
代码语言：javascript
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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
void myhandle(int sig) {
	printf("Catch a signal : %d\n", sig);
}
int main(void) {
	//设置信号处理函数
	signal(SIGINT, myhandle);//如果收到SIGINT信号，就执行myhandle,如果未设置信号处理函数，则进行默认处理——终止。
	while (1) {
            sleep(1);
	}
	return 0;
}

  1. 在代码中调用kill函数来产生信号——详见-kill()函数 Unix/Linux
代码语言：javascript
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int kill(pid_t pid, int sig); //进程pid，信号类型

有哪些信号？

信号名称 & 说明

​ SIGABORT—— 进程异常终止 ​ SIGALRM ——超时告警 ​ SIGFPE —— 浮点运算异常 ​ SIGHUP ——连接挂断 ​ SIGILL——非法指令 ​ SIGINT ——终端中断 (Ctrl+C将产生该信号) ​ SIGKILL ——*终止进程 ​ SIGPIPE ——向没有读进程的管道写数据 ​ SIGQUIT——终端退出（Ctrl+\将产生该信号） ​ SIGSEGV ——无效内存段访问 ​ SIGTERM ——终止 ​ SIGUSR1——*用户自定义信号1 ​ SIGUSR2 ——*用户自定义信号2 ​ -------------------------------------->以上信号如果不被捕获，则进程接受到后都会终止！ ​ SIGCHLD——子进程已停止或退出 ​ SIGCONT ——*让暂停的进程继续执行 ​ SIGSTOP ——*停止执行(即“暂停") ​ SIGTSTP——断挂起 ​ SIGTTIN —— 后台进程尝试读操作 ​ SIGTTOU——后台进程尝试写

信号的处理

  • 忽略此信号。
  • 捕捉信号，指定信号处理函数进行处理。详见信号的安装
  • 执行系统默认动作，大多数都是终止进程。

信号的捕获

信号的捕获是指，在接收到某种信号后，去执行指定的函数。 注意:

  • SIGKILL和SIGSTOP信号不能被捕获，即这两种信号的相应动作不能被改变。

信号的安装

signal
代码语言：javascript
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 sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

  • 其中:signal函数的返回类型与第二个参数都是函数指针类型。
  • 第二个参数中:有以下两个特殊值。
    • SIG_IGN——忽略信号
    • SIG_DFL—— 恢复默认行为

示例:

代码语言：javascript
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signal(SIGINT, myhandle);//myhandle为自定义信号处理函数
sigaction

与signal相比，sigaction更加健壮。

结构体sigaction:

代码语言：javascript
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 struct sigaction {
     		  //信号的响应函数
               void     (*sa_handler)(int);
     		  //略...
               void     (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);
     		  //搁置信号集
               sigset_t   sa_mask;
     		  //当sa_flags中包含 SA_RESETHAND时，接收到该信号并调用指定的信号处理函数执行之后，把该信号的响应行为重置为默认行为SIG_DFL 
     		  //即自定义的信号处理函数执行一次后，回到默认处理方式。
               int        sa_flags;
     		  //略...
               void     (*sa_restorer)(void);
 };

补充:

  • 当sa_mask包含某个信号A时，在信号处理函数执行期间，如果发生了该信号A，则阻塞该信号A，即暂时不响应该信号，直到信号处理函数执行结束，再响应该信号A。

函数sigaction:

代码语言：javascript
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int sigaction(int signum, 
              const struct sigaction *act,
              struct sigaction *oldact//保存旧设置
        );

示例1:使用示例

代码语言：javascript
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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>

void myhandle(int sig) {
	printf("Catch a signal : %d\n", sig);
}

int main(void) {
	struct sigaction act;
	act.sa_handler = myhandle;
	sigemptyset(&act.sa_mask);//清空搁置集
    act.sa_flags = 0;

	sigaction(SIGINT, &act, 0);
	while (1) {
        sleep(1);
        printf("sleep 1 second.\n");
	}
	return 0;
}

示例2: 输入A主进程向子进程发送SIGUSR1信号，输出大写字符；输入a主进程向子进程发送SIGUSR2信号，输出小写字符。

代码语言：javascript
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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>

int workflag = 0;

void work_up_handle(int sig) {
	workflag = 1;
}

void work_down_handle(int sig) {
	workflag = 0;
}

/*
  看起来貌似一个sigaction结构体对象可以设置多个信号与信号处理函数对。
  即，根据接收到的信号来到调用对应的信号处理函数。
*/

int main(void) {
	pid_t pd;
	char c;

	pd = fork();
	if (pd == -1) {
		printf("fork error!\n");
		exit(1);
	} else if (pd == 0) {//子进程
		char *msg;
		struct sigaction act; 
		act.sa_flags = 0;

		act.sa_handler = work_up_handle;//结构体设置信号处理函数
		sigemptyset(&act.sa_mask);		
		sigaction(SIGUSR1, &act, 0);
		
		act.sa_handler = work_down_handle;//结构体设置信号处理函数
		sigaction(SIGUSR2, &act, 0);

		while (1) {
			if (!workflag) {
				msg = "child process work!";
			} else {
				msg = "CHILD PROCESS WORK!";
			}
			printf("%s\n", msg);
			sleep(1);
		}	
	} else {//父进程
		while(1) {
			c = getchar();
			if (c == 'A') {
				kill(pd, SIGUSR1);//给子进程pd发送信号 SIGUSR1
			} else if (c == 'a') {
				kill(pd, SIGUSR2);//给子进程pd发送信号 SIGUSR2
			}
		}
	}	
	return 0;
}

示例3:使用子进程定时给父进程发送SIGALRM信号。

代码语言：javascript
复制
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>

int wakeflag = 0;

void wake_handle(int sig) {
	wakeflag = 1;
}

int main(void) {
	pid_t pd;
	char c;

	pd = fork();
	if (pd == -1) {
		printf("fork error!\n");
		exit(1);
	} else if (pd == 0) {
		for(;;){
            sleep(5);
            //getppid()获取父进程id
		    kill(getppid(), SIGALRM);//给父进程发送SIGALRM信号
        }
	} else {
		struct sigaction act; 
		act.sa_handler = wake_handle;
		act.sa_flags = 0;
		sigemptyset(&act.sa_mask);//清空
		sigaction(SIGALRM,  &act, 0);//设置信号响应

		for(;;){
            pause(); //把该进程挂起，直到收到任意一个信号

            if (wakeflag) {
                printf("Alarm clock work!!!\n");
            }
        }
	}

	return 0;
}

使用alarm函数

  • 作用：在指定时间之内给该进程本身发送一个SIGALRM信号。指的是在调用这行代码之后，经过你定时的几秒钟后，发送SIGALRM信号。

  • 函数原型
代码语言：javascript
复制
 unsigned int alarm(unsigned int seconds);

  • 注意:
    • 时间的单位是“秒”
    • 实际闹钟时间比指定的时间要大一点。
    • 如果参数为0，则取消已设置的闹钟。
    • 如果闹钟时间还没有到，再次调用alarm,则闹钟将重新定时
    • 每个进程最多只能使用一个闹钟。

  • 返回值:
    • 失败:返回-1。
    • 成功:返回上次闹钟的剩余时间(秒)。

  • 示例:
代码语言：javascript
复制
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
#include <time.h>

int wakeflag = 0;

void wake_handle(int sig) 
{
	wakeflag = 1;
}

int main(void) {
	int ret;
	
	struct sigaction act;
	act.sa_flags = 0;
	act.sa_handler = wake_handle;//设置响应函数
	sigemptyset(&act.sa_mask);
	sigaction(SIGALRM, &act, 0);//设置信号-响应
	
	printf("time =%ld\n", time((time_t*)0));

	ret = alarm(5);
	if (ret == -1) {
		printf("alarm error!\n");
		exit(1);
	}

	for(;;){
		//挂起当前进程，直到收到任意一个信号
		pause();

		if (wakeflag) {
			printf("wake up, time =%ld\n", time((time_t*)0));
		}
	}

	return 0;
}

使用raise函数

  • 作用：给本进程自身发送某一指定信号。调用后立即发送。

  • 函数原型:int raise (int sig)

  • 示例:略。

发送多个信号

前提：对应信号已绑定对应的信号处理函数。详见信号的处理。 某进程在执行某个信号对应的操作函数期间(即，该对应信号的安装函数)，如果此时，该进程又多次收到同一个信号(同一种信号值的信号)。

  • 注意:
    • 如果该信号是不可靠信号(值<32)，则只能再响应一次。
    • 如果该信号是可靠信号（>32),则能再响应多次(不会遗漏)。但是都必须等待该次响应函数执行完毕后，才能响应下一次。

某个进程正在执行某个信号对应的操作函数期间(该信号的安装函数)，如果此时，该进程又收到一个信号(不同信号值的信号)，则: 如果，该信号被包含在当前信号的signaction的sa_mask（信号搁置集）中，则不会立即处理该信号。直到当前的信号处理函数执行完毕后，才进行执行。 反之，如果该信号不在信号搁置集中，则中断当前信号处理函数,如果处于睡眠，比如sleep, 也会立即被唤醒，来执行新的这个信号处理函数，新的这个信号处理函数执行完毕后，再在返回至原来的信号处理函数继续执行。

示例:

代码语言：javascript
复制
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>

void myhandle(int sig) 
{
	printf("Catch a signal : %d\n", sig);
	int i;
	for (i=0; i<10; i++) {
		sleep(1);
}
	printf("Catch end.%d\n", sig);
}

int main(void) 
{
	struct sigaction act, act2;

	act.sa_handler = myhandle; 
	sigemptyset(&act.sa_mask);
	sigaddset(&act.sa_mask, SIGUSR1);//将信号SIGUSR1加入到信号搁置集中
    act.sa_flags = 0;
    sigaction(SIGINT, &act, 0);//处理SIGINT停止信号
    //收到SIGINT信号，如果此时再收到SIGUSR1，则会执行完后在进行SIGUSR1信号处理。

	act2.sa_handler = myhandle;
	sigemptyset(&act2.sa_mask);
	act2.sa_flags = 0;
	sigaction(SIGUSR1, &act, 0);//处理SIGUSR1信号
    
	while (1) {
	}
	return 0;
}

以上详解:

  • 先收到SIGINT信号，如果此时再收到SIGUSR1，则会执行完SIGINT的信号处理函数后再进行SIGUSR1信号处理，因为SIGUSR1被加入到了响应SIGINT信号的信号搁置集中。结果如下图所示:

  • 先收到SIGUSR1信号，如果此时再收到SIGINT，则会先执行SIGINT的信号处理函数后再回来继续进行SIGUSR1信号处理函数的执行。结果如下图所示:

信号集sigset_t

什么是信号集?

例如:结构体sigaction中的参数——sigset_t sa_mask，这个sa_mask为信号搁置集。

  • 用sigset_t类型表示，实质是一个无符号长整形。
  • 用来表示包含多个信号的集合。
信号集的基本操作

  • sigemptyset——把信号集清空。
  • sigfillset——把所有已定义的信号填充到指定信号集。
  • sigdelset——从指定的信号集中删除指定的信号。
  • sigaddset——从指定的信号集中添加指定的信号。
  • sigismember——判断指定的信号是否在指定的信号集中。
    • 如果是， 返回 1。
    • 如果不是， 返回 0。
    • 信号无效， 返回-1。
进程的"信号屏蔽字"

什么是信号屏蔽字?

  • 进程的"信号屏蔽字"是一个信号集，
  • 向目标进程发送某信号时，如果这个信号在目标进程的信号屏蔽字中，则目标进程将不会捕获到该信号，即不会执行该信号的信号处理函数。
  • 当该进程的信号屏蔽字不再包含该信号时，则会捕获这个早已收到的信号(执行对应的信号处理函数)。

如何修改进程的信号屏蔽字?

  • 使用sigprocmask

  • 函数原型:
代码语言：javascript
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 int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset);

  • 参数列表:
  • how：
    • SIG_BLOCK——把参数set中的信号添加到信号屏蔽字中。在原来已有的基础上增加。
    • SIG_UNBLOCK——把参数set中的信号从信号屏蔽字中删除。在原来已经有的基础上删除。
    • SIG_SETMASK——把参数set中的信号设置为信号屏蔽字。原来的不生效了，新添加进的生效。
  • oldset：
    • 返回原来的信号屏蔽字，在set之前设置的，即原有的(之前设置的)信号屏蔽字。

  • 示例：
代码语言：javascript
复制
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>

void myhandle(int sig) {
	printf("Catch a signal : %d\n", sig);
	printf("Catch end.%d\n", sig);
}

int main(void) {
	struct sigaction act, act2;

	act.sa_handler = myhandle;
	sigemptyset(&act.sa_mask);
	act.sa_flags = 0;
	sigaction(SIGINT, &act, 0);

	sigset_t proc_sig_msk;//当前的信号屏蔽字
	sigset_t old_mask;//旧的信号屏蔽字
	sigemptyset(&proc_sig_msk);//清空信号集
	sigaddset(&proc_sig_msk, SIGINT);//添加信号到信号屏蔽集中

	sigprocmask(SIG_BLOCK, &proc_sig_msk, &old_mask);//修改进程的信号屏蔽字，以增加的方式。
	sleep(5);
	printf("had delete SIGINT from process sig mask\n");
	sigprocmask(SIG_UNBLOCK, &proc_sig_msk, &old_mask);//删除proc_sig_msk中的信号
		
	while (1) {	
	}

	return 0;
}
获取未处理的信号

  • 当收到信号屏蔽字中的信号时，这些信号不会被该进程响应。
  • 可通过sigpending函数获取这些没有被处理的信号。

  • 函数原型:
代码语言：javascript
复制
int sigpending(sigset_t *set);

  • 返回值:
  • 成功:返回0。
  • 失败:返回-1。

阻塞式等待信号

pause

  • pause——阻塞进程，直到收到任意信号后解除阻塞。
  • 使用:pause()。
  • 注意:这里指的任意信号不能是在该进程的信号屏蔽集中的。并且，还要注意的是，如果该信号没有被屏蔽，并且没有被捕获(安装——安装即将进程中对应的信号绑定信号处理函数。)，部分信号收到后会导致进程终止，详情见上面的有哪些信号。
sigsuspend

  • sigsuspend——用指定的参数替换当前进程的屏蔽字，收到此信号屏蔽字内的信号无效，即阻塞。收到此信号屏蔽字之外的信号，解除阻塞，进行对应的响应。注意具体响应内容同上面的pause中的注意。

  • 示例:
代码语言：javascript
复制
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>

void myhandle(int sig) {
	printf("Catch a signal : %d\n", sig);
	printf("Catch end.%d\n", sig);
}

int main(void) {
	struct sigaction act, act2;

	act.sa_handler = myhandle;
	sigemptyset(&act.sa_mask);
	act.sa_flags = 0;
	sigaction(SIGUSR1, &act, 0);//给当前进程安装SIGUSR1信号

	sigset_t proc_sig_msk;//当前的信号屏蔽字
	sigset_t old_mask;//旧的信号屏蔽字
	sigemptyset(&proc_sig_msk);//清空信号集
	sigaddset(&proc_sig_msk, SIGUSR2);//添加信号SIGUSR2到信号屏蔽集中
	sigprocmask(SIG_BLOCK, &proc_sig_msk, &old_mask);//修改进程的信号屏蔽字，以增加的方式。
	

	sigset_t tmp_sig_msk;//临时的信号屏蔽字——用于sigsuspend函数
	sigaddset(&tmp_sig_msk,SIGUSR1);
	while (1) {	
		printf("waitting...\n");
		sigsuspend(&tmp_sig_msk);//此时，当前进程无法响应SIGUSR1中
		printf("running...\n");
	}

	return 0;
}
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原始发表：2022-08-22，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除
int
操作系统
函数
进程
通信

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操作系统
函数
进程
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目录
  • 进程间通信-信号
    • 信号
      • 什么是信号?
      • 信号由谁产生？
      • 有哪些信号？
      • 信号的处理
      • 信号的捕获
      • 信号的安装
      • 使用alarm函数
      • 使用raise函数
      • 发送多个信号
      • 信号集sigset_t
      • 阻塞式等待信号
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