进程间通信（二）

三、信号

信号时linux中进程间的一种重要的通信方式。信号是在软件层次上对中断的一种模拟，也叫做软中断。信号是linux进程间通信机制中唯一的异步通信机制。信号通信机制包括信号的发送，信号的响应，信号的安装，信号集与信号集操作函数，以及信号的阻塞和未决。Linux中总共包括了64中信号，前32种信号是不可靠的信号（非实时信号：不支持排队）；后32种是可靠地信号（即有效的解决了信号丢失的问题，且是实时信号：支持信号的排队）。下面列举出ubuntu 中64中信号： 终端中输入命令： kill -l

下面依次地介绍信号通信机制中的几种操作：

1、 信号的响应

进程可以通过三种方式对信号进行响应：1）忽略信号，对信号不做任何处理；但SIGKILL 和SIGSTOP是不能被忽略的。2）捕捉信号，定义信号处理函数，当信号发生时执行信号处理函数。3）执行缺省操作，linux对每种信号都定义了缺省操作。

2、信号的发送

发送信号的函数主要包括：kill(); raise(); sigqueue(); alarm(); setitimer(); 以及abort();

1).kill()

#include<sys/types.h>
#include<signal.h>
int kill(pid_t pid, int signum);

其中pid是进程的ID；signum是信号值，当为0时（即空信号），实际不发送任何信号，但照常进行错误检查，因此，可用于检查目标进程是否存在，以及当前进程是否具有向目标发送信号的权限（root权限的进程可以向任何进程发送信号，非root权限的进程只能向属于同一个session或者同一个用户的进程发送信号）。

参数pid	意义
=0	同一个进程组的进程
>0	ID为pid的进程
<0且不等于-1	ID为-pid的进程组
=-1	除发送进程自身外，所有进程ID大于1的进程

2).raise()

#include<signal.h>
int raise(int signum)

向进程本身发送信号，信号值为函数的参数signum。

3).alarm()

#inlcude<unistd.h>
unsigned int alarm(unsigned int seconds)

alarm()又称作闹钟函数，可以在进程中设置一个定时器，当定时时间到了，内核就会向进程发送一个SIGALRM信号。seconds为定时的秒数，如果该参数为0，则取消进程中所有的alarm（）定时作用。如果alarm（）函数之前有alarm（）存在，则返回之前alarm（）定时的剩余时间，否则返回0。且后来定义的alarm（）函数会清除前面定义的alarm（）函数的作用。

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>
#include <sys/types.h>

void Sigalarm_func(int signum)
{
	if(SIGALRM == signum)
		printf("enter alarm!\n");
	exit(EXIT_SUCCESS);
}

int main()
{
	int n =0;
	int ncount = 0;
	signal(SIGALRM, Sigalarm_func);
	n = alarm(10);
	printf("now n is :%d\n", n);
	sleep(6);
	n = alarm(5);
	printf("now n is :%d\n", n);
	int i;
	for(i = 0; i<10; i++)
	{
		printf("now ncount is: %d\n",ncount);
		ncount++;
		sleep(1);
	}
	return 0;

}

输出结果如下：

从上面可以看出后面定义的alarm（5）取消了alarm（10）的定时作用。

4). setitimer()

#include<sys/time.h>
int setitimer(int which, const struct itimerval *value, struct itimerval *ovalue )

setitimer也是用作定时作用，但相比于alarm（）有很大的灵活度。函数的第一个参数有三种可选的值：

1. ITIMER_REL ：设定绝对的时间；经过设定的时间后，内核将发送SIGALRM给本进程
2. ITIMER_VIRTUAL ：设定程序执行时间；经过设定的时间后，内核将发送SIGALRM给本进程。
3. ITIMER_PROF： 设定进程执行时间以及内核因该进程执行所消耗的时间和，经过设定的时间后，内核将发送SIGALRM给本进程。

第二个参数struct itimerval是一个结构体；

struct itimerval {
struct timeval it_interval;
struct timeval it_value;
};
struct timeval {
long tv_sec; // second
long tv_usec; // usecond 微秒
};

it_interval指定间隔时间，it_value指定初始定时时间。如果只是指定it_value，就是实现一次定时；如果同时指定it_interval，则超时后，系统会重新初始化it_value为it_interval，实现重复定时；两者都清零，则会清除定时器。

第三个参数 ovalue是保存先前的值，通常会置为NULL；

5). absort()

#include <stdlib.h>
void absort(void)

向进程发送SIGABSORT信号，缺省情况下使进程异常退出。也可以为SIGABSORT信号自定义处理函数（handler）

6). sigqueue（）

这个是最新的信号发送函数，但也是最复杂的一个，其函数原型如下：

#include<sys/types.h>
#include<signal.h>
int sigqueue(pid_t pid, int signum, const union sigval val)

其中第一个参数是指定的进程ID号（该函数只能给一个进程发送信号，而kill可以给一个进程组发送信号）；第二个参数是信号值；第三个参数是sigval联合体的一个实例，

	typedef union sigval {
 		int  sival_int;
 		void *sival_ptr;
 	}sigval_t;

该联合体提供了信号传递的参数，即sigqueue相比于kill可以支持传递带参数的信号。同样如果signum=0，将会执行错误检查，但实际上不发送任何信号，0值信号可用于检查pid的有效性以及当前进程是否有权限向目标进程发送信号。

3. 信号的安装

信号的安装的意思是：实现对特定信号进行自定义函数的处理。

1). signal（）

#include<signal>
void(* signal(int signum, void(*handler)(int signum)))(int)

或者可以理解为：

typedef void (*sighandler_t)(int)； 
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler)); 

即signal函数有两个参数组成包括：一个int型的信号值和一个参数为int型返回为void的函数指针handler。在提前定义handler的时候，调用signal可以实现对信号特性处理的安装。

2). signalaction（）

这是一个比较复杂的函数，不过它提供了相当强大的功能。与sigqueue配合使用可以传递具有参数的信号。

#include<sys/types.h>
#include<signal.h>
int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, const struct sigaciton *oldact)

其中第一个比较好理解，它就是信号值。第二和第三个参数都是sigaction的结构体，其中第三个参数是对之前的信息的存储，可以设置为NULL；

下面着重介绍下sigaction结构体

 struct sigaction {
          union{
            __sighandler_t _sa_handler;
            void (*_sa_sigaction)(int,struct siginfo *, void *)；
            }_u
                     sigset_t sa_mask；
                    unsigned long sa_flags； 
                  void (*sa_restorer)(void)；
                  }

结构体中第一个数据成员是一个联合体，它也就是对信号的处理方式，可以选择：SIGDEF（缺省模式），SIGIGN(忽略信号)，或者一个处理函数的函数指针。

但是这里的处理函数相比于signal中的处理函数多出了两个参数，第二和第三个参数。第三参数现在没有用处。第二参数是一个结构体，其中定义如下：

typedef struct {
		int si_signo; //信号值
		int si_errno; //错误值		
		int si_code; // 信号产生的原因		
		union sigval si_value;	
		} siginfo_t;

union sigval {     //也就是在sigqueue中的第三个参数
		int sival_int;		
		void *sival_ptr;	
		}

在信号的处理函数中包括了 sigval的联合体的目的是给处理函数提供由信号携带的参数。具体怎么操作可以在编写信号处理函数时进行设计。

继续上面有关结构体sigaction的介绍：

它的第二个参数是sa_mask，sa_mask指定在信号处理程序执行过程中，哪些信号应当被阻塞。缺省情况下当前信号本身被阻塞，防止信号的嵌套发送，除非指定SA_NODEFER或者SA_NOMASK标志位。

它的第三个参数：sa_flags中包含了许多标志位，包括刚刚提到的SA_NODEFER及SA_NOMASK标志位。另一个比较重要的标志位是SA_SIGINFO，当设定了该标志位时，表示信号附带的参数可以被传递到信号处理函数中，因此，应该为sigaction结构中的sa_sigaction指定处理函数，而不应该为sa_handler指定信号处理函数，否则，设置该标志变得毫无意义。即使为sa_sigaction指定了信号处理函数，如果不设置SA_SIGINFO，信号处理函数同样不能得到信号传递过来的数据，在信号处理函数中对这些信息的访问都将导致段错误（Segmentation fault）。

信号是进程通信中的一种重要的通信机制，一定要熟悉该通信机制的发送信号，安装信号的函数。当然还有信号集，以及信号阻塞的部分的函数。