Linux_进程间通信_信号

noobodybwq

于 2024-06-05 17:25:05 发布

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分类专栏： Linux_C++编程文章标签： linux c++

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一、信号

信号是 Linux 进程间通信的最古老的方式之一，是事件发生时对进程的通知机制，有时也称之为软件中断，它是在软件层次上对中断机制的一种模拟，是一种异步通信的方式。

信号由内核发送给进程，可以导致一个正在运行的进程被另一个正在运行的异步进程中断，转而处理某一个突发事件。

发往进程的诸多信号，通常都是源于内核。引发内核为进程产生信号的各类事件如下：

①对于前台进程，用户可以通过输入特殊的终端字符来给它发送信号。比如输入Ctrl+C 通常会给进程发送一个中断信号。

②硬件发生异常，即硬件检测到一个错误条件并通知内核，随即再由内核发送相应信号给相关进程。比如执行一条异常的机器语言指令，诸如被 0 除，或者引用了无法访问的内存区域。

③系统状态变化，比如 alarm 定时器到期将引起 SIGALRM 信号，进程执行的 CPU 时间超限，或者该进程的某个子进程退出。

④运行 kill 命令或调用 kill 函数。

使用信号的两个主要目的是：

让进程知道已经发生了一个特定的事情。

强迫进程执行它自己代码中的信号处理程序。

信号的特点：

简单

不能携带大量信息

满足某个特定条件才发送

优先级比较高

系统定义的信号如下：

前 31 个信号为常规信号，其余为实时信号。

在这里插入图片描述

**查看系统定义的信号列表：**kill –l

**查看信号的详细信息：**man 7 signal

信号的 5 种默认处理动作：

Term 终止进程

Ign 当前进程忽略掉这个信号

Core 终止进程，并生成一个Core文件（保存进程异常退出的一些错误信息）

Stop 暂停当前进程

Cont 继续执行当前被暂停的进程

信号的几种状态：

产生、未决:信号处理函数还没有执行、递达

SIGKILL 和 SIGSTOP 信号不能被捕捉、阻塞或者忽略，只能执行默认动作。

Ctrl + c 产生SIGINT

Ctrl + \ 产生SIGQUIT

Ctrl + z 产生SIGSTOP

二、信号相关函数

#include <sys/types.h>

#include <signal.h>

kill：

int kill(pid_t pid, int sig);

- 功能：给任何的进程或者进程组pid, 发送任何的信号 sig

- 参数：

- pid：需要发送给的进程的id

> 0 : 将信号发送给指定的进程

= 0 : 将信号发送给当前的进程组

= -1 : 将信号发送给每一个有权限接收这个信号的进程

< -1 : 这个pid=某个进程组的ID取反（-12345）

- sig : 需要发送的信号的编号或者宏值，0表示不发送任何信号

kill(getppid(), 9);

kill(getpid(), 9);

raise:

int raise(int sig);

- 功能：给当前进程发送信号

- 参数：

- sig : 要发送的信号

- 返回值：

- 成功 0

- 失败非0

abort:

void abort(void);

- 功能：发送SIGABRT信号给当前的进程，杀死当前进程

kill(getpid(), SIGABRT);

alarm:

#include <unistd.h>

unsigned int alarm(unsigned int seconds);

- 功能：设置定时器（闹钟）。函数调用，开始倒计时，当倒计时为0的时候，函数会给当前的进程发送一个信号：SIGALARM

- 参数：

seconds: 倒计时的时长，单位：秒。如果参数为0，定时器无效（不进行倒计时，不发信号）。

取消一个定时器，通过alarm(0)。

- 返回值：

- 之前没有定时器，返回0

- 之前有定时器，返回之前的定时器剩余的时间

SIGALARM ：默认终止当前的进程，每一个进程都有且只有唯一的一个定时器。

alarm(10); -> 返回0

过了1秒

alarm(5); -> 返回9

定时函数settimer:

#include <sys/time.h>

int setitimer(int which, const struct itimerval *new_value, struct itimerval *old_value);

- 功能：设置定时器（闹钟）。可以替代alarm函数。精度微妙us，可以实现周期性定时

- 参数：

- which : 定时器以什么时间计时

ITIMER_REAL: 真实时间，时间到达，发送 SIGALRM 常用

ITIMER_VIRTUAL: 用户时间，时间到达，发送 SIGVTALRM

ITIMER_PROF: 以该进程在用户态和内核态下所消耗的时间来计算，时间到达，发送 SIGPROF

- new_value: 设置定时器的属性

struct itimerval { // 定时器的结构体

struct timeval it_interval; // 每个阶段的时间，间隔时间

struct timeval it_value; // 延迟多长时间执行定时器

};

struct timeval { // 时间的结构体

time_t tv_sec; // 秒数

suseconds_t tv_usec; // 微秒

};

- old_value ：记录上一次的定时的时间参数，一般不使用，指定NULL

- 返回值：

成功 0

失败 -1 并设置错误号

三、信号捕捉函数

signal函数：

#include <signal.h>

typedef void (*sighandler_t)(int);

sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

- 功能：设置某个信号的捕捉行为

- 参数：

- signum: 要捕捉的信号

- handler: 捕捉到信号要如何处理

- SIG_IGN ：忽略信号

- SIG_DFL ：使用信号默认的行为

- 回调函数 : 这个函数是内核调用，程序员只负责写，捕捉到信号后如何去处理信号。

- 返回值：

成功，返回上一次注册的信号处理函数的地址。第一次调用返回NULL

失败，返回SIG_ERR，设置错误号

SIGKILL SIGSTOP不能被捕捉，不能被忽略。

sigaction函数：

#include <signal.h>

int sigaction(int signum, const struct sigaction *act,struct sigaction *oldact);

- 功能：检查或者改变信号的处理。信号捕捉

- 参数：

- signum : 需要捕捉的信号的编号或者宏值（信号的名称）

- act ：捕捉到信号之后的处理动作

- oldact : 上一次对信号捕捉相关的设置，一般不使用，传递NULL

- 返回值：

成功 0

失败 -1

struct sigaction {
// 函数指针，指向的函数就是信号捕捉到之后的处理函数
void   (*sa_handler)(int);
// 不常用
void   (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);
// 临时阻塞信号集，在信号捕捉函数执行过程中，临时阻塞某些信号。
sigset_t  sa_mask;
// 使用哪一个信号处理对捕捉到的信号进行处理
// 这个值可以是0，表示使用sa_handler,也可以是SA_SIGINFO表示使用sa_sigaction
int    sa_flags;
// 被废弃掉了
void   (*sa_restorer)(void);
};

内核实现信号捕捉的过程：

在这里插入图片描述

四、信号集

许多信号相关的系统调用都需要能表示一组不同的信号，多个信号可使用一个称之为信号集的数据结构来表示，其系统数据类型为 sigset_t。

在 PCB 中有两个非常重要的信号集。一个称之为 “阻塞信号集” ，另一个称之为“未决信号集” 。这两个信号集都是内核使用位图机制来实现的。但操作系统不允许我们直接对这两个信号集进行位操作，而需自定义另外一个集合，借助信号集操作函数来对 PCB 中的这两个信号集进行修改。

信号的 “未决” 是一种状态，指的是从信号的产生到信号被处理前的这一段时间。

信号的 “阻塞” 是一个开关动作，指的是阻止信号被处理，但不是阻止信号产生。

信号的阻塞就是让系统暂时保留信号留待以后发送。由于另外有办法让系统忽略信号，所以一般情况下信号的阻塞只是暂时的，只是为了防止信号打断敏感的操作。

阻塞信号集和未决信号集：

1.信号产生但是没有被处理（未决）

- 在内核中将所有的没有被处理的信号存储在一个集合中（未决信号集）

- SIGINT信号状态被存储在第二个标志位上

- 这个标志位的值为0，说明信号不是未决状态

- 这个标志位的值为1，说明信号处于未决状态

2.这个未决状态的信号，需要被处理，处理之前需要和另一个信号集（阻塞信号集），进行比较

- 阻塞信号集默认不阻塞任何的信号

- 如果想要阻塞某些信号需要用户调用系统的API

3.在处理的时候和阻塞信号集中的标志位进行查询，看是不是对该信号设置阻塞了

- 如果没有阻塞，这个信号就被处理

- 如果阻塞了，这个信号就继续处于未决状态，直到阻塞解除，这个信号就被处理

在这里插入图片描述

未决信号集只能被读取，不能被设置，由内核自动设置

五、信号集函数：

int sigemptyset(sigset_t *set);

- 功能：清空信号集中的数据,将信号集中的所有的标志位置为0

- 参数：set,传出参数，需要操作的信号集

- 返回值：成功返回0，失败返回-1

int sigfillset(sigset_t *set);

- 功能：将信号集中的所有的标志位置为1

- 参数：set,传出参数，需要操作的信号集

- 返回值：成功返回0，失败返回-1

int sigaddset(sigset_t *set, int signum);

- 功能：设置信号集中的某一个信号对应的标志位为1，表示阻塞这个信号

- 参数：

- set：传出参数，需要操作的信号集

- signum：需要设置阻塞的那个信号

- 返回值：成功返回0，失败返回-1

int sigdelset(sigset_t *set, int signum);

- 功能：设置信号集中的某一个信号对应的标志位为0，表示不阻塞这个信号

- 参数：

- set：传出参数，需要操作的信号集

- signum：需要设置不阻塞的那个信号

- 返回值：成功返回0，失败返回-1

int sigismember(const sigset_t *set, int signum);

- 功能：判断某个信号是否阻塞

- 参数：

- set：需要操作的信号集

- signum：需要判断的那个信号

- 返回值：

1 ： signum被阻塞

0 ： signum不阻塞

-1 ：失败

int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset);

- 功能：将自定义信号集中的数据设置到内核中（设置阻塞，解除阻塞，替换）

- 参数：

- how : 如何对内核阻塞信号集进行处理

SIG_BLOCK: 将用户设置的阻塞信号集添加到内核中，内核中原来的数据不变

假设内核中默认的阻塞信号集是mask， mask | set

SIG_UNBLOCK: 根据用户设置的数据，对内核中的数据进行解除阻塞

mask &= ~set

SIG_SETMASK:覆盖内核中原来的值

- set ：已经初始化好的用户自定义的信号集

- oldset : 保存设置之前的内核中的阻塞信号集的状态，可以是 NULL

- 返回值：

成功：0

失败：-1

设置错误号：EFAULT、EINVAL

int sigpending(sigset_t *set);

- 功能：获取内核中的未决信号集

- 参数：set,传出参数，保存的是内核中的未决信号集中的信息。
假设内核中默认的阻塞信号集是mask， mask | set

SIG_UNBLOCK: 根据用户设置的数据，对内核中的数据进行解除阻塞

mask &= ~set

SIG_SETMASK:覆盖内核中原来的值

- set ：已经初始化好的用户自定义的信号集

- oldset : 保存设置之前的内核中的阻塞信号集的状态，可以是 NULL

- 返回值：

成功：0

失败：-1

设置错误号：EFAULT、EINVAL

int sigpending(sigset_t *set);

- 功能：获取内核中的未决信号集

- 参数：set,传出参数，保存的是内核中的未决信号集中的信息。