Linux/Android系统开发进程间通信 --- 信号通信

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信号 ( signal ) 机制是 UNIX 系统中最为古老的进程间通信机制，很多条件可以产生一个信号.

信号的产生：
1，当用户按下某些按键时，产生信号.

2，硬件异常产生信号：除数为 0 ，无效的存储访问等等.这些情况通常由硬件检测到，将其通知内核，然后内核产生适当的信号通知进程，例如，内核对正访问一个无效存储区的进程产生一个 SIGSEGV 信号.

3，进程用 kill 函数将信号发送给另一个进程.

4，用户可用 kill 命令将信号发送给其他进程.

信号类型：
下面是几种常见的信号：
SIGHUP ：从终端上发出的结束信号.
SIGINT ：来自键盘的中断信号 ( ctrl + c ) .
SIGKILL ：该信号结束接收信号的进程 .
SIGTERM：kill 命令发出的信号.
SIGCHLD：标识子进程停止或结束的信号.
SIGSTOP：来自键盘 ( ctrl + z ) 或调试程序的停止执行信号.

信号处理：
当某信号出现时，将按照下列三种方式中的一种进行处理.

1，忽略此信号：
大多数信号都按照这种方式进行处理，但有两种信号却决不能被忽略.

它们是：SIGKILL 和 SIGSTOP . 这两种信号不能被忽略的原因是：它们向

超级用户提供了一种终止或停止进程的方法.

2，执行用户希望的动作：
通知内核在某种信号发生时，调用一个用户函数，在用户函数中，执行用户希望的处理.

3，执行系统默认动作：
对大多数信号的系统默认动作是终止该进程.

当系统捕捉到某个信号时，可以忽略该信号或是使用指定的处理函数来处理该信号，或者使用系统默认的方式.

信号处理的主要方法有两种，一种是使用简单的 signal 函数，另一个是使用信号集函数.

信号发送：
信号发送的主要函数有 kill 和 raise .

区别：kill 既可以向自身发送信号，也可以向其他进程发送信号，与 kill 函数不同的是，raise 函数是向自身发送信号.

函数：

#include < sys/types.h >

#include < signal.h >

int kill ( pid_t pai, int signo )

int raise ( int signo )

kill 的 pid 参数有四种不同情况：
1， pid > 0，将信号发送给进程 ID 为 pid 的进程.

2，pid = 0，将信号发送给同组的进程.

3，pid < 0，将信号发送给其进程组 ID 等于 pid 绝对值的进程.

4，pid = -1，将信号发送给所有进程.

Alarm信号闹钟：
使用 alarm 函数可以设置一个时间值 ( 闹钟时间 )，当所设置的时间到了时，产生 SIGALRM 信号，如果不能扑捉此信号，则默认动作是终止该进程.

unsigned int alarm ( unsigned int seconds )：

经过了指定的 seconds 秒后会产生信号 SIGALRM，每个进程只能有一个闹钟时间，如果在调用 alarm 时，以前已为该进程设置过闹钟时间，而且它还没有超时，以前等级的闹钟时间则被新值替换；如果有以前登记的尚未超时的闹钟时间，而这次 seconds 值是0 ，则表示取消以前的闹钟.

int pause ( void )：
pause 函数使调用进程挂起直至捕捉到一个信号，只有执行了一个信号处理函数后，挂起才结束.

void ( *signal ( int signo , void ( *func ) ( int ) ) ) ( int )：
#include < signal.h >

void ( *signal ( int signo , void ( *func ) ( int ) ) ) ( int )

如何理解：

typedef void ( *sighandler_t ) ( int )

sighandler_t signal ( int signum , sighandler_t handler )

Func 可能的值是：

1，SIG_IGN ：忽略此信号.

2，SIG_DFL ：按照系统默认方式处理.

3，信号处理函数名：使用该函数处理.

实例 --- 小测试：

#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
 
void my_func(int sign_no)
{
    if(sign_no==SIGINT)
        printf("I have get SIGINT\n");
    else if(sign_no==SIGQUIT)
        printf("I have get SIGQUIT\n");
}
int main()
{
    printf("Waiting for signal SIGINT or SIGQUIT \n ");
    
    /*注册信号处理函数*/
    signal(SIGINT, my_func);
    signal(SIGQUIT, my_func);
    
    pause();
    exit(0);
}

测试方法：在终端下将该进程运行起来，然后进程pause 了，我们再用 kill 给进程发送信号，在另一终端下ps aux 可以找到运行进程的进程号，然后kill -s SIGQUIT +进程号我们可以在前一个终端下看到 I have get SIGQUIT.

SIGUSR1 ：

kill -usr1 PID .

实例 --- 按键驱动异步通知：

驱动异步通知应用程序.

1，应用程序注册信号处理函数 signal ( SIGIO , my_signal_fun ) ：

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <poll.h>
#include <signal.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
 
int fd;        //全局变量；
 
/*
应用程序 不会主动 的去读键值；
my_signal_fun 什么时候被调用呢?
在驱动程序的中断处理函数 static irqreturn_t buttons_irq(int irq, void *dev_id) 中，
有信号发送函数 kill_fasync (&button_async, SIGIO, POLL_IN) ；
当有按键按下时候，就会给应用程序发送一个信号;
这个信号就会触发 应用程序 调用信号处理函数 signal(SIGIO, my_signal_fun); 
信号处理函数指向了 void my_signal_fun(int signum) 函数；
*/
 
void my_signal_fun(int signum)
{
    unsigned char key_val;
    read(fd, &key_val, 1);    //读取键值；
    printf("key_val: 0x%x\n", key_val);  
}
 
int main(int argc, char **argv)
{
    int Oflags;
 
    signal(SIGIO, my_signal_fun);   /* 应用程序注册信号处理函数 */
                    //  SIGIO 表示 Io 有数据可供读取；
    
    fd = open("/dev/buttons", O_RDWR | O_NONBLOCK);
    if (fd < 0)
    {
        printf("can't open!\n");
        return -1;
    }
                                   /* 驱动程序发信号 */
    fcntl(fd, F_SETOWN, getpid()); /* 信号发给谁，是通过这段程序告诉内核的 */
                                   /* getpid() 获取应用程序PID */
    
                                 /* 改变 Oflags 为异步通知 FASYNC*/
    Oflags = fcntl(fd, F_GETFL); //读取 Oflags；
                                 //改变 Oflags；
    fcntl(fd, F_SETFL, Oflags | FASYNC);  //这样，驱动程序里面的 .fasync  =  sixth_drv_fasync, 函数指针就会被调用；
                                          // 改变 FASYNC标志， 最终调用到驱动的 fasync -> fasync_helper 
                                          //来初始化/或/释放 fasync_struct；
    while (1)
    {
        sleep(1000);
    }
    
    return 0;
}

2，谁发信号：驱动程序：

3，发给谁：应用程序；应用程序要告诉驱动程序其PID：

4，驱动程序怎么发信号：调用函数：kill_fasync ：

在驱动程序开头定义结构 fasync_struct ：

static struct fasync_struct *button_async;

初始化 fasync_struct 结构体使用 fasync_helper ：
在应用程序调用 .fasync = sixth_drv_fasync, 时候，调用 fasync_helper 函数来初始化 struct fasync_struct *button_async 结构体；

struct fasync_struct *button_async 这个结构在发信号的时候 kill_fasync (&button_async, SIGIO, POLL_IN) 能用的到；

static int sixth_drv_fasync (int fd, struct file *filp, int on)
{
    printk("driver: sixth_drv_fasync\n");
    return fasync_helper (fd, filp, on, &button_async);  /* 初始化结构体 */
}
 
static struct file_operations sencod_drv_fops = {
    .owner   =  THIS_MODULE,    /* 这是一个宏，推向编译模块时自动创建的__this_module变量 */
    .open    =  sixth_drv_open,     
    .read     =    sixth_drv_read,       
    .release =  sixth_drv_close,
    .poll    =  sixth_drv_poll,
    .fasync     =  sixth_drv_fasync,   /****************************  FASYNC  ********************************/
};

在按键驱动服务程序中发送信号 kill_fasync ：
kill_fasync 需要三个参数：

第一个：&button_async 包含进程 ID ，也就是发给谁，

第二个：发什么，发 SIGIO 这个信号，SIGIO 表示 Io 有数据可供读取；

第三个：POLL_IN ，原因，表示有数据在等待读取；

static irqreturn_t buttons_irq(int irq, void *dev_id)
{
    struct pin_desc * pindesc = (struct pin_desc *)dev_id;
    unsigned int pinval;
    
    pinval = s3c2410_gpio_getpin(pindesc->pin);
 
    if (pinval)
    {
        /* 松开 */
        key_val = 0x80 | pindesc->key_val;
    }
    else
    {
        /* 按下 */
        key_val = pindesc->key_val;
    }
 
        ev_press = 1;                  /* 表示中断发生了 */
        wake_up_interruptible(&button_waitq);   /* 唤醒休眠的进程 */
    
    kill_fasync (&button_async, SIGIO, POLL_IN);                      /********  kill_fasync 发送信号  *********/
    
    return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED);
}

总结：
为了使得设备支持异步通知机制，驱动程序最终涉及以下 3 项工作：

1，支持 F_SETOWN 命令：
能在这个控制命令处理中设置 filp->f_owner 为对应进程 ID；

此项操作由内核完成，设备驱动无须处理；

2，支持 F_SETFL 命令的处理：
当 FASYNC 标志改变的时候，驱动操作中的 fasync () 函数将得以执行；

驱动程序实现 fasync () 函数；

3，调用 kill_fasync () 函数：
在设备资源可获得时，调用 kill_fasync () 函数激发相应的信号.