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[操作系统]进程间通信(五)—信号

我会用几篇博客总结一下在Linux中进程之间通信的几种方法,我会把这个开头的摘要部分在这个系列的每篇博客中都打出来

进程之间通信的方式

  • 管道
  • 消息队列
  • 信号
  • 信号量
  • 共享存储区
  • 套接字(socket)

进程间通信(三)—信号量传送门:http://www.cnblogs.com/lenomirei/p/5649792.html

进程间通信(二)—消息队列传送门:http://www.cnblogs.com/lenomirei/p/5642575.html

进程间通信(一)—管道传送门:http://www.cnblogs.com/lenomirei/p/5636339.html

我感觉这么写下去越来越不像进程间的通信了,更像是进程间的打招呼。。。信号就是这样的,某某(这个某某有很多可能性)给进程一个信号,进程就会在适当的情况下处理这个信号这说明进程可能不会立即处理信号),什么是适当的时候呢?比如说中断返回的时候,或者内核态返回用户态的时候(这个情况出现的比较多)等等(推荐本书《Linux内核设计与实现》,里面讲过)。。。这个也不是本篇的主题就不多述了。

首先来说信号是怎么产生的

  • 由硬件产生,别入从键盘敲入组合键发送一个信号,常用的Ctrl+C就可以给前台进程发送。
  • 由进程发送(或者说是由软件产生),比如我们可以在shell进程下输入kill命令给一个进程发送信号(命令:kill -信号标号 PID)
  • 异常,当异常的发生的时候肯定是会发送信号的

然后说信号的处理方式,谁来处理信号?肯定是操作系统来,难不成还是程序员么。文章一开头就说了,号不一定会被立即处理,操作系统不会为了处理一个信号而把当前正在运行的进程挂起(切换进程)或者杀掉(肯定不会杀掉啊,难道看见一个信号就杀害一个无辜群众么),挂起(进程切换)的话消耗太大了,如果不是紧急信号,可能是不会立即处理的。操作系统多选择在内核态切换回用户态的时候处理信号,这样就利用两者的切换来处理了(不用单独进行进程切换以免浪费时间)。

总归是不能避免的,因为很有可能在睡眠的进程就接收到信号,操作系统肯定不愿意切换当前正在happy地跑着的进程,于是就得把信号储存啊,因为是进程收到的信号,所以把信号储存在进程唯一的PCB(就是task_struct)当中。struct sigpending pending;字段就是存放信号的信号表,之后会解释pending。

 信号的处理过程

所有的信号可以通过kill -l 命令查看

需要注意的几点

  • 没有0号信号
  • 没有32,33号信号
  • 从31号信号分开,前面的是普通信号,后面的是实时信号,本篇介绍的是普通信号
  • 信号和前面的标号是一致的,可以使用标号,也可以使用宏名称

信号的处理方式有三种

  • 忽略(就是这么6,你发啥我都不理你)
  • 默认处理方式,操作系统设定的默认处理方式,会终止一个进程,就是说接到信号就把这个进程干掉了
  • 自定义处理方式,想干什么还是得我说了算,你需要一个signal函数
    • 函数原型:sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
    • 头文件:#include <signal.h>
    • 参数解析:
      • 第一个是信号标号,给数字就可以啦
      • 关键是第二个参数这里,sighandler_t是一个typedef来的,主要是为了可读性,原型是void (*)(int)函数指针啦,int的参数会被设置成signum
      • 我有用到这个函数,可以在我的测试用例中看一下用法

 

  • 相关函数解析

这次就没有创建函数什么的了,主要是信号相关的一些操作函数,但是由于比较多和繁杂,不好每一个都写测试用例看输出结果,最后的测试程序只用了一部分函数,并没有全部使用到

前面说了用kill命令可以给进程发信号,可是我想用C语言编写程序发,别怕!你需要下面的函数(raise函数只能给进程本身发信号

  • 函数原型:int raise(int signo);
  • 头文件:#include <signal.h>
  • 参数解析:
    • 就一个参数就是信号了,可以用标号,也可以用宏名

或者你说不想光给自己发信号,光自己是很没意思,那么看下面这个函数

  • 函数原型:int kill(pid_t pid, int signo);
  • 头文件:#include <signal.h>
  • 参数解析:
    • 第一个参数是pid进程号,你得让操作系统知道你要给哪个进程发信号,给自己发也是可以的哦
    • 第二个参数是信号。。。呃,准确的说是哪个信号,可以用标号,也可以用宏名

看这个信号(6) SIGABRT,这个信号可以让进程异常终止,他有一个对应的函数

  • 函数原型:void abort(void);
  • 头文件:#include <stdlib.h>
  • 参数解析:
    • 这根本就没有参数嘛!那就写点其他的。
    • 该函数没有返回值,因为该函数执行绝对不会失败(为什么?杀个进程而已,谈什么失败(一刀不行就两刀!!(玩笑))),和exit函数一样绝对不会失败(重要!说两遍!)和exit函数不同的地方是,exit会设置退出码。

看这个信号(14) SIGALRM,这个信号是闹钟信号,它可以由这个函数发送

  • 函数原型:unsigned int alarm(unsigned int seconds);
  • 头文件:#include <unistd.h>
  • 参数解析:
    • 参数都写的这么清楚了!等待多少秒之后就会发送SIGALRM信号给当前进程。

接下来说明一下阻塞信号,就是(pending)了

  • 阻塞信号(pending signal)

之前提到过,可以忽略一个信号,那么我说,阻塞和忽略是不一样的阻塞是进程收不到该信号,忽略是进收到该信号,却不做出任何反应

实际执行信号的处理动作称为信号递达(Delivery),信号从产生到递达之间的状态,称为信号未决(Pending)。进程可以选择阻塞(Block )某个信号。被阻塞的信号产生时将保持在未决状态,直到进程解除对此信号的阻塞,才执行递达的动作。

task_struct中有类似字段,之前说的信号可能不会立即被执行就会存储在pending表里面

其中一旦信号被block,当有信号产生的时候会一直pending,因为未决就是未处理的意思,block到不了就处理不了,pending会一直有该位

以为PCB中使用32位来表示上图中的block和pending表,所以非实时信号就算发送多个,也只显示一个。实时信号会排队,有几个来就有几个排队

block表:某位为0表示该位对应标号的信号未被阻塞,为1表示阻塞

pending表:某位为0表示信号还未产生或者已经被处理

上图中2号信号两个表同时为1表示产生了2号信号,但因为2号信号被阻塞所以一直未决。

介绍几个操作这两张表的函数

  • 函数原型:

    int sigemptyset(sigset_t *set);用于初始化一个信号集(新创建出来的sigset_t对象都要先执行这个函数再去操作)
    int sigfillset(sigset_t *set);初始化信号集,所有位置位1,表示支持所有信号(就好像添加了所有的信号)
    int sigaddset(sigset_t *set, int signo);把感兴趣的(想要操作)信号添加到信号集

    int sigdelset(sigset_t *set, int signo);把感兴趣的(想要操作)信号从信号集踢出去
    int sigismember(const sigset_t *set, int signo);判断你传入的signo是否是set集合中的一员

  • 头文件:#include <signal.h>
  • 参数解析:
    • sigset_t结构体的参数表示信号集信号操作的时候都是以信号集合的方式进行操作,需要事先创建一个该结构体的对象,然后把想要操作的信号添加到信号集合对象当中去
    • signo就是信号的标号了

如何阻塞一个信号?用下面的函数

  • 函数原型:int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oset);
  • 头文件:#include <signal.h>
  • 参数解析:
    • 先说how,有三个宏
      • SIG_BLOCK添加到block表当中去
      • SIG_UNBLOCK从block表中删除
      • SIG_SETMASK设置block表(跟第一个SIG_BLOCK不同,这个是直接让当前进程和set完全相等,不是把set的添加到当前block表中去了)  
    • set表示要设置的集合,比如你集合里面有1234,就这些,那么这个函数就把这几个根据第一个参数how进行设置
    • oset表示old set就是设置之前保存一下之前的block表信息,可以给NULL

如何获取当前pending表中的信息?你需要它~

  • 函数原型:int sigpending(sigset_t *set);
  • 头文件:#include <signal.h>
  • 参数解析
    • 这是一个输出型参数,会把当前进程的pending表打印到传入的set集中

 事已至此,基本操作就说完了,废话少说,show me the code

功能看结果图:先贴结果图,一开始没有任何信号,所以pending表中全是0,我通过Ctrl+C传入2号信号,看到pending表中有2号被置位了,经过10秒取消阻塞,2号信号被处理(经过我自定义的函数)

我的程序只有一个文件server.c

 1 #include <stdio.h> 2 #include <sys/signal.h> 3 #include <sys/types.h> 4 #include <signal.h> 5  6  7  8 void func(int num) 9 {10  printf("catch signal number is %d",num);11 12 }13 14 15 void printfpendingsignal(sigset_t *set)16 {17  int i;18  for(i=1;i<32;++i)19  {20   if(sigismember(set,i))21   {22    printf("1");23 24   }25   else26   {27    printf("0");28   }29  }30  printf("\n");31 }32 33 34 int main()35 { 36  sigset_t s,p,o;37  signal(SIGINT,func);38  sigemptyset(&s);39  sigemptyset(&p);40  sigemptyset(&o);41  sigaddset(&s,SIGINT);42  sigprocmask(SIG_SETMASK,&s,&o);43  int count=0;44  while(1)45  {46   sigpending(&p);47   printfpendingsignal(&p);48   sleep(1);49   if(count++==10)50   {51    printf("recover!\n");52    sigprocmask(SIG_SETMASK,&o,NULL);53   }54  }55  return 0;56 }