Linux进程间通信信号

开源519

发布于 2021-03-15 15:06:33

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发布于 2021-03-15 15:06:33

文章被收录于专栏：开源519

★信号是提供处理异步事件机制的软件中断。这些事情可以来自系统外部--例如系统产生中断符（通常Ctrl-C），或者来自程序或内核内部的活动，例如进程执行除以零的代码。作为一种进程间通信的基本形式，进程也可以给另一个进程发送信号。 --《linux系统编程》 ”

如上所述，信号可以实现进程间的通信。本章主要记录信号的使用方法。

概念

信号是在软件层次上对中断机制的一种模拟，是一种异步通信方式。
信号可以直接进行用户空间进程和内核进程之间的交互，内核进程也可以利用它来通知用户空间进程发生了哪些系统事件。
如果该进程当前并未处于执行态，则该信号就由内核保存起来，直到该进程恢复执行再传递给它；如果一个信号被进程设置为阻塞，则该信号的传递被延迟，直到其阻塞被取消时才被传递给进程。
信号有明确生命周期，首先产生信号，然后内核存储信号直到可以发送它，最后内核一旦有空闲，会适当处理信号。

产生

产生信号的方式有很多种，比如终端驱动程序，进程，系统。

与进程终止相关的信号。当进程退出，或者子进程终止时，发出这类信号。
与进程例外事件相关的信号。如进程越界，或企图写一个只读的内存区域（如程序正文区），或执行一个特权指令及其他各种硬件错误。
与在系统调用期间遇到不可恢复条件相关的信号。如执行系统调用exec时，原有资源已经释放，而目前系统资源又已经耗尽。
与执行系统调用时遇到非预测错误条件相关的信号。如执行一个并不存在的系统调用。
在用户态下的进程发出的信号。如进程调用系统调用kill向其他进程发送信号。
与终端交互相关的信号。如用户关闭一个终端，或按下break键等情况。
跟踪进程执行的信号。

处理

进程对于处理信号的方式，可概括为如下三种方式：

忽略信号 不采取任何操作。但是有两种信号不可忽略：SIGKILL和SIGSTOP。如此做的原因是系统管理员需要杀死和停止进程，如果进程能够忽略SIGKILL（使进程不能被杀死）SIGSTOP（使进程不能被停止），将破坏这一权利。
捕获并处理信号 类似于硬件中断处理，内核会暂停正在执行的程序，并跳转到注册的信号响应处理函数中去。一旦处理完毕，会继续执行中断前的操作。（重要的不允许被打断的程序，必须先禁止处理信号）
执行默认操作 该操作取决于被发送的信号，默认操作通常是终止进程。

过去，当一个信号被发送后，除了知道发生了一个信号之外，处理函数对于发生了什么一无所知。现在内核可以给处理函数提供大量的上下文，甚至信号能传递用户定义的数据，跟后来更高级的IPC通信机制一样。

接口使用

以上大概的记录，大概能明白信号是怎么一回事。重点是在理解信号的基础上，会使用信号实现进程间的通信，在软件设计交互时，多一个设计思路。

发送函数

kill(): 向其他进程发送信号

通常用法，kill给进程号为pid的进程发送信号sig。


头文件	#include <sys/types.h> #include <signal.h>
原型	int kill(pid_t pid, int sig)
pid	0 sig被发送到当前进程所在进程组中每一个进程 -1 sig被发送到每个有权限发送信号的进程（除init进程外） <-1 sig被发送到进程组为-pid的每一个进程
sig	发送的信号量
返回值	0：成功 -1：失败

raise()： 向自己所在进程发送信号


头文件	#include <signal.h>
原型	int raise(int sig)
sig	发送的信号量
返回值	0：成功 -1：失败

接收函数

signal()： 注册信号响应函数


头文件	#include <signal.h>
原型	typedef void (*sighandler_t)(int); sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
signum	监听的信号量
handler	SIG_DFL: 默认的信号处理程序 SIG_IGN: 忽视该信号自定义响应函数
返回值	该函数返回信号处理程序之前的值，当发生错误时返回 SIG_ERR。

实例演示

功能： 设计两个C/S进程，其中一个client进程负责向server进程发送信号；server进程负责响应处理client信号。 演示：

代码如下

client.cpp

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <iostream>
#include <stdlib.h>
#include "common.h"

int main(int argc, char *argv[])
{
    int signo = 0;
    char mode[1] = {0};

    fprintf(stdout, "1: SIGUSR1\n");
    fprintf(stdout, "2: SIG_TEST1\n");
    fprintf(stdout, "3: default\n");
    while (1) {
        signo = 0;
        fprintf(stdout, "Select signal to send %s: ", argv[1]);
        scanf("%s", mode);
        switch(mode[0]) {
          case '1':
            signo = SIGUSR1;
            break; 
          case '2':
            signo = SIG_TEST1;
            break;
          default:
            signo = SIG_DEFAULT;
            break;
        }
        //fprintf(stdout, "mode: %d %d\n", signo, SIG_DEFAULT);
        kill(atoi(argv[1]), signo);
    }
    return 0;
}

server.cpp

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include "common.h"

void SignalHandler(int sig)
{
    fprintf(stdout, "Receive signal: ");
    switch(sig) {
      case SIGUSR1:
        fprintf(stdout, "SIGUSR1\n");
        break;
      case SIG_TEST1:
        fprintf(stdout, "SIG_TEST1\n");
        break;
      default:
        fprintf(stdout, "default\n");
        break;
    }
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    fprintf(stdout, "Pid: %d\n", getpid());
    signal(SIGUSR1, SignalHandler);
    signal(SIG_TEST1, SignalHandler);
    signal(SIG_DEFAULT, SignalHandler);
    while(1);

    return 0;
}