IPC：信号

使用场景：1、为了并发，中断处理其它事件，1、进程间通信
1、中断
中止（注意不是终止）当前正在执行的程序，
转而执行其它任务。

硬件中断：来自硬件设备的中断。
软件中断：来自其它程序的中断。

2、信号是一种软件中断
信号提供了一种以异步方式执行任务的机制。

3、常见的信号
SIGHUP（1）：连接断开信号
如果终端接口检测一个连接断开，则将此信号发送给与该终端相关的控制进程。
SIGINT :Ctrl+C
SIGQUIT: Ctrl+
SIGKILL：kill -9
SIGTERM: kill
SIGCHLD:

4、不可靠信号（又叫非实时信号）
1、那些建立在早期机制伤的信号被称为“不可靠信号”。
小于SIGRTMIN(34)的信号都是不可靠信号。
2、不支持排队，可能会丢失。同一个信号产生多次，
进程可能只收到一次该信号。
3、进程每次处理完这些信号后，对相应信号的响应被自动恢复为默认动作，
除非显式地通过signal函数重新设置一次信号处理机制。

5、可靠信号（实时信号，排队信号）
2、支持排队，不会丢失
3、无论可靠信号还是不可靠信号
都可以通过sigqueue/qigaction函数发送/安装
以获得比其早期版本kill/signal函数更可靠的使用效果

6、信号的来源
1、硬件异常：除0、无效的内存访问等。
这些异常通常被硬件（驱动）检测到，并通知系统内核。
系统内核再向引发这些异常的进程递送相应的信号。
2、软件异常：通过kill/raise/alarm/setitimer/sigqueue函数产生的信号。

7、信号处理
1、忽略
2、终止进程。
3、终止进程同时产生core文件
4、捕获并处理。当信号发生时，内核会调用一个事先注册好的用户函数（信号处理函数）

二、signal
|#include <signal.h>
typedef void (*sighandler_t)(int);
sighandler_t signal (int signum,
sighandler_t handler);

signum - 信号码，也可以使用系统预定义的常量宏，如SIGINT等。
handler - 信号处理函数指针或以下常量；
SIG_IGN:忽略该信号；
SIG_DFL:默认处理；
成功返回原来的信号处理函数指针或SIG_IGN/SIG_DFL常量，失败返回SIG_ERR。

1、在某些unix系统上，
通过signal函数注册的信号处理函数只一次有效，
即内核每次调用该信号处理函数前，
会将对该信号的处理自动恢复为默认方式。
为了获得更持久有效的信号处理，可以在信号处理函数中再次调用signal函数，
重新注册一次。
例如：
void sigint (int signum){
...
signal(SIGINT, sigint);
}

int main(void){
...
signal(SIGINT, sigint);
}

三、子进程的信号处理
1、子进程会继承父进程的信号处理方式，只到子进程调用exec函数。
2、子进程调用exec函数后
exec函数将被父进程设置为捕获的信号恢复至默认处理，其余保持不变。

四、发送信号
1、键盘
Ctrl+C SIGINT 终端中断
Ctrl+\ SIGQUIT 终端退出
Ctrl+Z SIGTSTP 终端暂停
2、错误
除0 SIGFPE 算术异常
非法内存访问 SIGSEGV 段错误
硬件故障 SIGBUS 总线错误
3、命令
kill -信号 进程号
4、函数
|#include <signal.h>
int kill(pid_t pid, int sig) //不等待信号处理完就返回，异步处理
成功返回0 ，失败返回-1
pid >0 -向pid进程发送sig信号
pid=0 - 向同进程组的所有进程发送信号
pid = -1 -向所有进程发送信号，前提是有权限
pid < -1 -向绝对值等于pid的进程组发送信号
0信号为空信号。
若sig取0，则kill函数仍会执行错误检查，但并不实际发送信号。常被用来确定一个
进程是否存在。
向一个不存在的进程发送信号，会返回-1，且errno为ESRCH。

     int raise (int sig)
     向调用进程自身发送sig信号。成功返回0，失败返回-1。kill函数也可以实现此功能
     |#include <signal.h>
     |#include <stdio.h>
     |#include <stdlib.h>
     |#include <unistd.h>
     void sigint (int signum){
          printf("%u进程，永别了！\n", getpid());
          exit(0);
          //raise(signum);   这里不是递归调用，raise返回，sigint也返回，函数栈并不一致增长，会有波动，所以程序不会爆掉。
     }
     int main(void){
          if(signal(SIGINT, sigint) == SIG_ERR){
                perror("signal");
                return -1;
          }
          printf("%u进程，我要自杀。。。\n", getpid());
          if(raise(SIGINT) == -1){
               perror("raise");
               return -1;
           };
     }

五、pause 暂停函数
int pause(void);
1、使调用进程进入睡眠状态，不再占有cpu，直到有信号终止该进程或被捕获。
2、只有调用了信号处理函数并从中返回以后，该函数才会返回-1；
3、该函数要么不返回（未捕获到信号），要么返回-1（被信号中断），errno为EINTR。
4、相当于没有时间限制的sleep函数。
|#include <stdio.h>
|#include <signal.h>
|#include <unistd.h>
|#include <sys/wait.h>
void sigint (int signum){
printf("%u进程，收到SIGINT信号！\n", getpid());
}
int main(void){
pid_t pid = fork();
if(pid == -1){
perror("fork");
return -1;
}
if (pid == 0)
{
if (signal(SIGINT, sigint) == -1){ //没信号不阻塞
perror("signal");
return -1;
}
printf("%u进程：我是子进程 , 大睡ing....\n",getpid());
pause();
printf("%u进程：我是子进程 , 我被唤醒了......\n",getpid());
return 0 ;
}
sleep(1);
printf("%u进程：我是父进程 , 向%u发送信号......\n",getpid(), pid);
if(kill(pid, SIGINT) == -1){
perror("kill");
return -1;
}
if((pid = wait(0) == -1){ //回收僵尸，子进程退出，wait返回
perror("wait");
return -1;
}
printf("%u进程：%u进程已退出。\n", getpid(), pid);
return 0;
}


图片发自简书App

六、sleep 跟pause函数功能差不多
|#include <unistd.h>
unsigned int sleep(unsigned int seconds);
1、使调用进程睡眠seconds秒，除非有信号终止该进程或被捕获。
2、只有睡够seconds秒，或调用了信号处理函数并从中返回以后，该函数才会返回。
3、该函数要么返回0（睡够），
要么返回剩余秒数（被信号中断）。
4、相当于有时间限制的pause函数。
|#include <stdio.h>
|#include <signal.h>
|#include <unistd.h>
|#include <sys/wait.h>
void sigint (int signum){
printf("%u进程，收到SIGINT信号！\n", getpid());
}
int main(void){
pid_t pid = fork();
if(pid == -1){
perror("fork");
return -1;
}
if (pid == 0)
{
if (signal(SIGINT, sigint) == -1){ //没信号不阻塞
perror("signal");
return -1;
}
printf("%u进程：我是子进程 , 小睡10秒....\n",getpid());
unsigned int left = sleep(10);
printf("%u进程：我是子进程 , 还剩%u秒没睡，即将退出......\n",getpid()，left);
return 0 ;
}
sleep(3);
printf("%u进程：我是父进程 , 向%u发送信号......\n",getpid(), pid);
if(kill(pid, SIGINT) == -1){
perror("kill");
return -1;
}
if((pid = wait(0) == -1){ //回收僵尸，子进程退出，wait返回
perror("wait");
return -1;
}
printf("%u进程：%u进程已退出。\n", getpid(), pid);
return 0;
}

七、usleep 以微秒为单位
int usleep (useconds_t usec);
使调用进程睡眠usec微秒，除非有信号终止该进程或被捕获。
成功返回0，失败返回-1.

七、alarm 等于设置一个定时器
|#include <unistd.h>
unsigned int alarm(unsigned int seconds);
1、使内核在seconds秒之后，向调用进程发送SIGALRM（14）闹钟信号。
2、SIGALRM信号的默认处理是终止进程。
3、若之前已设过定时且尚未超时，则调用该函数会重新设置定时，并返回之前定时的剩余时间。
4、seconds取0表示取消之前设过且尚未超时的定时。

|#include <stdio.h>
|#include <time.h>
|#incude <signal.h>
void sigalrm(int signum){
time_t t = time(NULL);
struct tm* lt = localtime(&t);
printf("\r%02d:%02d:%02d", lt->tm_hour, lt->tm_min, lt->tm_sec);
//'\r' 回车，回到当前行的行首，而不会换到下一行，如果接着输出的话，本行以前的内容会被逐一覆盖；
alarm(1);
}

int main(void){
setbuf(stdout, 0);
if(signal(SIGALRM,sigalrm) == -1){
perror("signal");
return 0;
}
sigalrm(SIGALRM);
FOR (;;){
}
return 0;
}

结果：每秒每秒更新时间

unsigned int remain = alarm(10);
sleep(2);
remain = alarm(5); //此时remain = 8
remain = alarm(0); //取消定时器

八、信号集与信号阻塞
1、信号集
1）多个信号的捷类型：
sigset_t，128个二进制位（实际预编译查看是128字节），每个位代表一个信号。
2）相关函数
|#include <signal.h>
//将信号集中的全部信号位置1
int sigfillset(sigset_t* set);
//将信号集中的全部信号位清0
int sigemptyset(sigset_t* set);
//将信号集set中的signum信号对应位置1
int sigaddset(sigset_t* set, int signum);
//将信号集set中的signum信号对应位清0
int sigdelset(sigset_t* set, int signum);
成功返回0，失败返回-1

         //判断信号集set中与signum对应的位是否为1，是1则返回1，否则返回0
         int sigismember(const sigset_t* set, int signum);
   |#include <stdio.h>
   |#include <signal.h>
   int main(viod){
       sigset_t set;    //预编译后看到是一个unsigned long int的32个元素数组128个字节
       print("%u\n", sizeof(set));
       sigfillset(&set);
       sigemptyset(&set);
       sigaddset(&set, SIGINT);
       sigdelset(&set, SIGINT);
       if(sigismember(&set, SIGINT))
            printf("有\n");
        else
            printf("没有\n");
       return 0;
   }

2、信号屏蔽（信号阻塞）
1）、当信号产生时，系统内核会在其所维护的进程表中，为特定的进程设置一个
与该信号相对应的标志位，这个过程称为递送。
2）、信号从产生到完成递送之间存在一定的时间间隔。
处于这段时间间隔中的信号状态，称为未决。
3）、每一个进程都有一个信号掩码（signal mask）
它实际上是一个信号集，
其中包括了所有需要被屏蔽的信号。 所以这些信号就变成了未决状态的信号了。
4）、可以通过sigprocmask函数，
检测和修改调用进程的信号掩码。
也可以通过sigpending函数，
获取调用进程当前处于未决状态的信号集。
5）、当进程执行诸如更新数据库等敏感任务时，
可能不希望被某些信号中断。
这时可以暂时屏蔽（注意不是忽略）这些信号，
使其停留在未决状态，
待任务完成以后，再回过头来处理这些信号。
6）、在信号处理函数的执行过程中，
这个正在被处理的信号总是处于信号掩码中。
这就避免了同样的信号同时再调用同一个函数。
|#include <signal.h>

int sigprocmask(int how, const sigset_t* set, sigset_t* oldset);
成功返回0 ，失败返回-1

how - 修改信号掩码的方式，可取以下值
SIG_BLOCK: 新掩码是当前掩码和set的并集（将set加入信号掩码）
SIG_UNBLOCK: 新掩码是当前掩码和set的补集的交集（将set从信号掩码移除）
SIG_SETMASK: 新掩码是set（将信号掩码设为set）

set： NULL则忽略
oldset：备份以前的信号掩码， NULL则不备份

int sigpending(sigset_t set);
set - 输出，调用进程当前处于未决状态的信号集。
成功返回0 ，失败返回-1

注意：对于不可靠信号，
通过sigprocmask函数设置信号掩码以后，
相同的被屏蔽信号只会屏蔽第一个，
并在恢复信号掩码后被递送，其余的则直接忽略掉。
而对于可靠信号，
则会在信号屏蔽时按其产生的先后顺序排队，
一旦恢复信号掩码，这些信号会依次被信号处理函数处理。

|#include <stdio.h>
|#include <unistd.h>
|#include <signal.h>
|#include <stdlib.h>
void sighand(int signum){
printf("%u进程：收到%d信号！\n", getpid(), signum);
}
void updatedb (void){
int i;
for(i=0;i<5;++i){
printf("%u进程：更新第%d记录！\n", getpid(), i+1);
sleep(1);
}
}
int main(void){
if(signal(SIGINT, sighand) == SIG_ERR){
perror("signal");
return -1;
}
if(signal(SIGINT, sighand) == SIG_ERR){
perror("signal");
return -1;
}
pid_t pid = fork();
if(pid == -1){
perror("fork");
return -1;
}
if(pid == 0){
pid_t pid = getppid();
int i ;
for(i=0; i<5; ++i){
printf("%u进程：向%u进程发送%d信号... \n", getpid(), pid, 50);
kill(pid, 50);
}
return 0;
}
updatedb();
return 0;
}

更新数据库操作频繁被打断,如下图。


图片发自简书App

做一个修正。

|#include <stdio.h>
|#include <unistd.h>
|#include <signal.h>
|#include <stdlib.h>
void sighand(int signum){
printf("%u进程：收到%d信号！\n", getpid(), signum);
}
void updatedb (void){
int i;
for(i=0;i<5;++i){
printf("%u进程：更新第%d记录！\n", getpid(), i+1);
sleep(1);
}
}
int main(void){
if(signal(SIGINT, sighand) == SIG_ERR){
perror("signal");
return -1;
}
if(signal(SIGINT, sighand) == SIG_ERR){
perror("signal");
return -1;
}
printf("%u进程：屏蔽%d信号和%d信号... \n", getpid(), SIGINT, 50);
sigset_t new;
if(sigemptyset(&new) == -1){
perror("sigemptyset");
return -1;
}
if(sigaddset(&new, SIGINT) == -1){
perror("sigaddset");
return -1;
}
if(sigaddset(&new, 50) == -1){
perror("sigaddset");
return -1;
}
sigset_t old;
if(sigprocmask(SIG_SETMASK, &new， &old) == -1){
perror("sigprocmask");
return -1;
}
pid_t pid = fork();
if(pid == -1){
perror("fork");
return -1;
}
if(pid == 0){
pid_t pid = getppid();
int i ;
for(i=0; i<5; ++i){
printf("%u进程：向%u进程发送%d信号... \n", getpid(), pid, 50);
kill(pid, 50);
}
return 0;
}
updatedb();
//将信号集从掩码集中移除，恢复处理之前未决的信号
sigset_t pend;
if(sigpending(&pend) == -1){
perror("sigpending");
return -1;
}
if(sigismember(&pend, SIGINT)) //执行过程中按Ctrl+C
printf("%u进程：发现%d信号未决... \n", getpid(), SIGINT);
if(sigismember(&pend, 50))
printf("%u进程：发现%d信号未决... \n", getpid(), 50);
//取消SIGINT ,50 的屏蔽
if(sigprocmask(SIG_SETMASK, &old， NULL) == -1){
perror("sigprocmask");
return -1;
}
return 0;
}

  • 此时不会再次打断进程。上传结果图片，此时最后可以收到5个50信号，1个2（不可靠）信号：


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