Python标准库89. signal模块实践以及与Linux的信号

最新推荐文章于 2025-04-11 14:17:21 发布

SteveRocket

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分类专栏： Python进阶文章标签： python linux signal python 信号

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Python标准库系列将分享90个日常常用的内置模块，从介绍、特性和作用、使用方法以及应用场景来介绍标准库的使用，代码示例在最新的Python3.11版本上运行，其他低版本Python可能存在差异。

标准库-内置库（Standard Library）：内置库是指Python自带的标准库，包含了大量常用的模块和函数，例如`os`、`sys`、`re`、`math`、`random`等。这些模块和函数可以直接import进来使用，无需下载或安装。

第三方库（Third-party Library）：第三方库是指由第三方开发者编写的Python库。这些库可以通过pip或conda等包管理工具进行下载和安装，例如`numpy`、`pandas`、`matplotlib`、`django`等。即需要pip install安装后才能使用的都是第三方库。

在前面的文章《Python基础之开发必备-标准库（内置模块）汇总详细介绍》中介绍过Python有上百个标准库（内置模块），本篇的signal即是常用的模块之一。其他更多的Python3标准库实践资料请关注公众号：CTO Plus查看。

查看标准库清单：https://mp.weixin.qq.com/s/E4HD4_aPWx0Ok3s-Uf28NQ

简介

Python3标准库中的signal模块允许Python程序获取操作系统发出的信号并作出相应的响应。在Python程序中，信号通常用于向运行中的进程发送中断或终止指令，或者在异步程序中做出响应。这种模块的应用是非常广泛的，因为几乎所有的操作系统都使用信号与进程进行通信。

signal包负责在Python程序内部处理信号，典型的操作包括预设信号处理函数，暂停并等待信号，以及定时发出SIGALRM等。要注意，signal包主要是针对UNIX平台(比如Linux, MAC OS)，而Windows内核中由于对信号机制的支持不充分，所以在Windows上的Python不能发挥信号系统的功能。

Windows上执行出错

Linux上的执行结果

在多个进程的通信机制中，只有singal是异步执行的，另外python进程间通信的机制还有pipe(管道)，queue(队列)，value(共享空间)等等。

Linux的信号

Linux以进程为单位来执行程序。信号是由内核(kernel)管理的。信号的产生方式多种多样，它可以是内核自身产生的，比如出现硬件错误(比如出现分母为0的除法运算，或者出现segmentation fault)，内核需要通知某一进程；也可以是其它进程产生的，发送给内核，再由内核传递给目标进程。

信号是通过注册的方式“挂”在一个进程中的，并且不会阻塞该进程的运行，一个进程一旦接收到其他进程（可能是应用中的其他进程，也可能使操作系统中的进程）发送的信号就会打断原来的程序执行流程来处理这个信号。

内核中针对每一个进程都有一个表存储相关信息。当内核需要将信号传递给某个进程时，就在该进程相对应的表中的适当位置写入信号，这样，就生成(generate)了信号。当该进程执行系统调用时，在系统调用完成后退出内核时，都会顺便查看有没有发送过来的信号。如果有信号，进程会执行对应该信号的操作(signal action, 也叫做信号处理signal disposition)，此时叫做执行(deliver)信号。从信号的生成到信号的传递的时间，信号处于等待(pending)状态。我们同样可以设计程序，让其生成的进程阻塞(block)某些信号，也就是让这些信号始终处于等待的状态，直到进程取消阻塞(unblock)或者无视信号。

Linux的信号是一种进程间通信的方式，它可以用于进程之间的通讯和控制。在Linux中，每个进程都有一个唯一的进程ID（PID），每个进程可以接收和发送信号。信号是Linux中的一种异步事件，它可以由内核、其他进程或用户发送给进程。

Linux中的信号有很多种，每种信号都有一个唯一的标识符（信号号），它们可以在程序运行时被捕获和处理，信号所传递的每一个整数都被赋予了特殊的意义，并有一个信号名对应该整数。下面是一些常见的Linux信号：

1. SIGINT（2）：表示中断(INTERRUPT)信号，通常由用户在终端上按下Ctrl+C键从shell中发出信号发送给进程，用于终止正在运行的进程。

2. SIGTERM（15）：表示终止信号，通常由系统管理员或其他进程发送给进程，用于请求进程正常终止。

3. SIGKILL（9）：表示强制终止信号，它可以强制终止进程，即使进程正在执行某些关键操作。

4. SIGALRM（14）：表示闹钟信号，起到定时器的作用，它用于在指定的时间间隔内发送给进程，用于定时器和超时处理。

5. SIGUSR1（10）和SIGUSR2（12）：表示用户自定义信号，可以由用户在程序中定义和发送。

6. SIGQUIT（3）：当键盘按下CTRL+\从shell中发出信号，信号被传递给shell中前台运行的进程，对应该信号的默认操作是退出 (QUIT) 该进程。

7. SIGCONT（18）：用于通知暂停的进程继续。

8. SIGTSTP（20）：当键盘按下CTRL+Z从shell中发出信号，信号被传递给shell中前台运行的进程，对应该信号的默认操作是暂停 (STOP) 该进程。

其他更多的Linux信号编号和介绍，在公众号：CTO Plus中进行查看。

Linux中的信号可以使用kill命令发送给进程，也可以使用系统调用kill()在程序中发送。进程可以使用signal()或sigaction()函数注册信号处理程序来捕获和处理信号。信号处理程序是一个函数，它在接收到信号时被调用，可以执行一些特定的操作，如打印日志、保存数据或终止进程等。

需要注意的是，Linux中的信号是异步事件，进程不能保证在接收到信号时立即响应。另外，一些信号是不可靠的，即它们可能会丢失或重复发送。因此，在处理信号时需要小心，确保程序的正确性和稳定性。

Linux上可以用过命令kill –l查看所有的信号

特点和作用

1. 可以向运行中的进程发送特定信号，如终止进程的SIGTERM信号。

2. 提供了一个处理信号的机制，并提供与信号相关的信息，例如，可以通过signal.SIGINT获取CTRL+C按下通知的信号。

3. 在异步编程中，允许程序在接收信号时采取措施，例如，如果系统中的某个进程被意外终止，则可以通过信号处理器中的代码使程序安全退出。

常用的方法和代码示例

signal包的核心是使用signal.signal()函数来预设(register)信号处理函数。

singnal.signal(signalnum, handler)

signalnum为某个信号，handler为该信号的处理函数。我们在信号基础里提到，进程可以无视信号，可以采取默认操作，还可以自定义操作。当handler为signal.SIG_IGN时，信号被无视(ignore)。当handler为singal.SIG_DFL，进程采取默认操作(default)。当handler为一个函数名时，进程采取函数中定义的操作。

1.定义信号处理器

import signal, sys

# 定义信号处理器函数，用于处理SIGINT信号

def signal_handler(signal, frame):

print('Hello SteveRocket, You pressed Ctrl+C!')

sys.exit(0)

# 设置信号处理器

signal.signal(signal.SIGINT, signal_handler)

signal.pause()

终端上运行该程序，当程序运行到signal.pause()的时候，进程暂停并等待信号。此时，通过按下CTRL+C向该进程发送SIGINT信号。我们可以看到，进程执行了signal_handler()函数, 随后返回主程序，继续执行。(当然，也可以用ps查询process ID, 再使用$kill来发出信号。)，进程并不一定要使用signal.pause()暂停以等待信号，它也可以在进行工作中接受信号，比如将上面的signal.pause()改为一个需要长时间工作的循环。

# 预设信号处理函数

def signal_handler2(signal, frame):

print('I received: ', signal)

# register signal.SIGTSTP's handler

signal.signal(signal.SIGTSTP, signal_handler2)

signal.pause()

print('End of Signal Demo')

使用signal.signal()函数来预设信号处理函数，然后执行signal.pause()来阻塞进程，让该进程暂停以等待信号。当信号SIGUSR1被传递给该进程时，进程从暂停中恢复（停止阻塞），并根据预设，执行SIGTSTP的信号处理函数signal_handler2()。signal_handler2()的两个参数一个用来识别信号(signal)，另一个用来获得信号发生时，进程栈的状况(stack frame)，这两个参数都由signal.singnal()函数来传递。

我们可以根据自己的需要更改myHandler()中的操作，以针对不同的信号实现更多个性化的处理。

2.向进程发送信号来终止进程

import signal, os

# 向进程本身发送SIGTERM信号

os.kill(os.getpid(), signal.SIGTERM)

3.忽略信号

import signal

# 忽略SIGPIPE信号（在网络编程中，可能会收到这种信号）

signal.signal(signal.SIGPIPE, signal.SIG_IGN)

4.在异步程序中等待信号

import signal

# 处理异步IO操作的类

class AsyncIO:

def __init__(self):

self.stopped = False

# 定义信号处理器，用于处理中断信号

def signal_handler(self, signal, frame):

self.stopped = True

def run(self):

# 注册信号处理器

signal.signal(signal.SIGINT, self.signal_handler)

# 构建异步IO事件循环

loop = asyncio.get_event_loop()

while not self.stopped:

# 等待异步IO发生事件

try:

loop.run_forever()

except KeyboardInterrupt:

self.stopped = True

loop.close()

5. 定时发出SIGALRM信号

一个有用的函数是signal.alarm()，它被用于在一定时间之后，向进程自身发送SIGALRM信号

import signal

def signal_handler(sighandler, frame):
    """
    Define signal handler function
    """
    print("Now it's the time")
    exit()

# register signal.SIGALRM's handler
signal.signal(signal.SIGALRM, signal_handler)
signal.alarm(10)

while 1:
    pass

我们这里用了一个无限循环以便让进程持续运行。在signal.alarm()执行5秒之后，进程将向自己发出SIGALRM信号，随后，信号处理函数myHandler开始执行。

6. 发送信号

signal包的核心是设置信号处理函数。除了signal.alarm()向自身发送信号之外，并没有其他发送信号的功能。但在os包中，有类似于linux的kill命令的函数，分别为

发送一个信号给某个进程

os.kill(pid, sid)

发送一个信号给某个进程组

os.killpg(pgid, sid)

参数解析：

pid：指定发送信号的进程号

sig：为信号所对应的整数，要发送的信号代号(需要通过signal模块获取) 或者singal.SIG*

实际上signal、pause、kill和alarm都是Linux应用编程中常见的C库函数，在这里，我们只不过是用Python语言来实现了一下，Python的解释器是使用C语言来编写的，所以有此相似性也并不意外。此外，在Python 3.4中，signal包被增强，信号阻塞等功能被加入到该包中。后面的文章中将详细介绍。