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进程间通信之使用信号详解
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2017-10-18
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8.3 信号
8.3.1 信号概述
信号是UNIX中所使用的进程通信的一种最古老的方法。它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。它可以在任何时候发给某一进程，而无需知道该进程的状态。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为止；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。
在第2章kill命令中曾讲解到“−l”选项，这个选项可以列出该系统所支持的所有信号的列表。在笔者的系统中，信号值在32之前的则有不同的名称，而信号值在32以后的都是用“SIGRTMIN”或“SIGRTMAX”开头的，这就是两类典型的信号。前者是从UNIX系统中继承下来的信号，为不可靠信号（也称为非实时信号）；后者是为了解决前面“不可靠信号”的问题而进行了更改和扩充的信号，称为“可靠信号”（也称为实时信号）。那么为什么之前的信号不可靠呢？这里首先要介绍一下信号的生命周期。
一个完整的信号生命周期可以分为3个重要阶段，这3个阶段由4个重要事件来刻画的：信号产生、信号在进程中注册、信号在进程中注销、执行信号处理函数，如图8.6所示。相邻两个事件的时间间隔构成信号生命周期的一个阶段。要注意这里的信号处理有多种方式，一般是由内核完成的，当然也可以由用户进程来完成，故在此没有明确画出。
图8.6 信号生命周期
一个不可靠信号的处理过程是这样的：如果发现该信号已经在进程中注册，那么就忽略该信号。因此，若前一个信号还未注销又产生了相同的信号就会产生信号丢失。而当可靠信号发送给一个进程时，不管该信号是否已经在进程中注册，都会被再注册一次，因此信号就不会丢失。所有可靠信号都支持排队，而所有不可靠信号都不支持排队。
注意这里信号的产生、注册和注销等是指信号的内部实现机制，而不是调用信号的函数实现。因此，信号注册与否，与本节后面讲到的发送信号函数（如kill（）等）以及信号安装函数（如signal（）等）无关，只与信号值有关。
用户进程对信号的响应可以有3种方式。
n 忽略信号，即对信号不做任何处理，但是有两个信号不能忽略，即SIGKILL及SIGSTOP。
n 捕捉信号，定义信号处理函数，当信号发生时，执行相应的自定义处理函数。
n 执行缺省操作，Linux对每种信号都规定了默认操作。
Linux中的大多数信号是提供给内核的，表8.6列出了Linux中最为常见信号的含义及其默认操作。
表8.6 常见信号的含义及其默认操作
信 号 名含 义默 认 操 作
SIGHUP该信号在用户终端连接（正常或非正常）结束时发出，通常是在终端的控制进程结束时，通知同一会话内的各个作业与控制终端不再关联终止
SIGINT该信号在用户键入INTR字符（通常是Ctrl-C）时发出，终端驱动程序发送此信号并送到前台进程中的每一个进程终止
SIGQUIT该信号和SIGINT类似，但由QUIT字符（通常是Ctrl-\）来控制终止
SIGILL该信号在一个进程企图执行一条非法指令时（可执行文件本身出现错误，或者试图执行数据段、堆栈溢出时）发出终止
SIGFPE该信号在发生致命的算术运算错误时发出。这里不仅包括浮点运算错误，还包括溢出及除数为0等其他所有的算术错误终止
SIGKILL该信号用来立即结束程序的运行，并且不能被阻塞、处理或忽略终止
SIGALRM该信号当一个定时器到时的时候发出终止
SIGSTOP该信号用于暂停一个进程，且不能被阻塞、处理或忽略暂停进程
SIGTSTP该信号用于交互停止进程，用户键入SUSP字符时（通常是Ctrl+Z）发出这个信号停止进程
SIGCHLD子进程改变状态时，父进程会收到这个信号忽略
SIGABORT进程异常终止时发出
8.3.2 信号发送与捕捉
发送信号的函数主要有kill（）、raise（）、alarm（）以及pause（），下面就依次对其进行介绍。
1．kill（）和raise（）
（1）函数说明。
kill（）函数同读者熟知的kill系统命令一样，可以发送信号给进程或进程组（实际上，kill系统命令只是kill（）函数的一个用户接口）。这里需要注意的是，它不仅可以中止进程（实际上发出SIGKILL信号），也可以向进程发送其他信号。
与kill（）函数所不同的是，raise（）函数允许进程向自身发送信号。
（2）函数格式。
表8.7列出了kill（）函数的语法要点。
表8.7 kill（）函数语法要点
所需头文件#include 《signal.h》
#include 《sys/types.h》
函数原型int kill（pid_t pid， int sig）
函数传入值pid：正数：要发送信号的进程号
0：信号被发送到所有和当前进程在同一个进程组的进程
-1：信号发给所有的进程表中的进程（除了进程号最大的进程外）
《-1：信号发送给进程组号为-pid的每一个进程
sig：信号
函数返回值成功：0
出错：-1
表8.8列出了raise（）函数的语法要点。
表8.8 raise（）函数语法要点
所需头文件#include 《signal.h》
#include 《sys/types.h》
函数原型int raise（int sig）
函数传入值sig：信号
函数返回值成功：0
出错：-1
8.3.1 信号概述
信号是UNIX中所使用的进程通信的一种最古老的方法。它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。它可以在任何时候发给某一进程，而无需知道该进程的状态。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为止；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。
在第2章kill命令中曾讲解到“−l”选项，这个选项可以列出该系统所支持的所有信号的列表。在笔者的系统中，信号值在32之前的则有不同的名称，而信号值在32以后的都是用“SIGRTMIN”或“SIGRTMAX”开头的，这就是两类典型的信号。前者是从UNIX系统中继承下来的信号，为不可靠信号（也称为非实时信号）；后者是为了解决前面“不可靠信号”的问题而进行了更改和扩充的信号，称为“可靠信号”（也称为实时信号）。那么为什么之前的信号不可靠呢？这里首先要介绍一下信号的生命周期。
一个完整的信号生命周期可以分为3个重要阶段，这3个阶段由4个重要事件来刻画的：信号产生、信号在进程中注册、信号在进程中注销、执行信号处理函数，如图8.6所示。相邻两个事件的时间间隔构成信号生命周期的一个阶段。要注意这里的信号处理有多种方式，一般是由内核完成的，当然也可以由用户进程来完成，故在此没有明确画出。
图8.6 信号生命周期
一个不可靠信号的处理过程是这样的：如果发现该信号已经在进程中注册，那么就忽略该信号。因此，若前一个信号还未注销又产生了相同的信号就会产生信号丢失。而当可靠信号发送给一个进程时，不管该信号是否已经在进程中注册，都会被再注册一次，因此信号就不会丢失。所有可靠信号都支持排队，而所有不可靠信号都不支持排队。
注意这里信号的产生、注册和注销等是指信号的内部实现机制，而不是调用信号的函数实现。因此，信号注册与否，与本节后面讲到的发送信号函数（如kill（）等）以及信号安装函数（如signal（）等）无关，只与信号值有关。
用户进程对信号的响应可以有3种方式。
n 忽略信号，即对信号不做任何处理，但是有两个信号不能忽略，即SIGKILL及SIGSTOP。
n 捕捉信号，定义信号处理函数，当信号发生时，执行相应的自定义处理函数。
n 执行缺省操作，Linux对每种信号都规定了默认操作。
Linux中的大多数信号是提供给内核的，表8.6列出了Linux中最为常见信号的含义及其默认操作。
表8.6 常见信号的含义及其默认操作
信 号 名含 义默 认 操 作
SIGHUP该信号在用户终端连接（正常或非正常）结束时发出，通常是在终端的控制进程结束时，通知同一会话内的各个作业与控制终端不再关联终止
SIGINT该信号在用户键入INTR字符（通常是Ctrl-C）时发出，终端驱动程序发送此信号并送到前台进程中的每一个进程终止
SIGQUIT该信号和SIGINT类似，但由QUIT字符（通常是Ctrl-\）来控制终止
SIGILL该信号在一个进程企图执行一条非法指令时（可执行文件本身出现错误，或者试图执行数据段、堆栈溢出时）发出终止
SIGFPE该信号在发生致命的算术运算错误时发出。这里不仅包括浮点运算错误，还包括溢出及除数为0等其他所有的算术错误终止
SIGKILL该信号用来立即结束程序的运行，并且不能被阻塞、处理或忽略终止
SIGALRM该信号当一个定时器到时的时候发出终止
SIGSTOP该信号用于暂停一个进程，且不能被阻塞、处理或忽略暂停进程
SIGTSTP该信号用于交互停止进程，用户键入SUSP字符时（通常是Ctrl+Z）发出这个信号停止进程
SIGCHLD子进程改变状态时，父进程会收到这个信号忽略
SIGABORT进程异常终止时发出
8.3.2 信号发送与捕捉
发送信号的函数主要有kill（）、raise（）、alarm（）以及pause（），下面就依次对其进行介绍。
1．kill（）和raise（）
（1）函数说明。
kill（）函数同读者熟知的kill系统命令一样，可以发送信号给进程或进程组（实际上，kill系统命令只是kill（）函数的一个用户接口）。这里需要注意的是，它不仅可以中止进程（实际上发出SIGKILL信号），也可以向进程发送其他信号。
与kill（）函数所不同的是，raise（）函数允许进程向自身发送信号。
（2）函数格式。
表8.7列出了kill（）函数的语法要点。
表8.7 kill（）函数语法要点
所需头文件#include 《signal.h》
#include 《sys/types.h》
函数原型int kill（pid_t pid， int sig）
函数传入值pid：正数：要发送信号的进程号
0：信号被发送到所有和当前进程在同一个进程组的进程
-1：信号发给所有的进程表中的进程（除了进程号最大的进程外）
《-1：信号发送给进程组号为-pid的每一个进程
sig：信号
函数返回值成功：0
出错：-1
表8.8列出了raise（）函数的语法要点。
表8.8 raise（）函数语法要点
所需头文件#include 《signal.h》
#include 《sys/types.h》
函数原型int raise（int sig）
函数传入值sig：信号
函数返回值成功：0
出错：-1
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