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拂去尘世尘

2021/03/13  阅读:14  主题:科技蓝

Linux进程间通信 -- 信号

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:
进程通信.png

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;
}

参考

https://www.cnblogs.com/electronic/p/10939769.html
https://blog.csdn.net/dxpqxb/article/details/78251551

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2021/03/13  阅读:14  主题:科技蓝

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