进程之间可以通过信号传递信息,信号是一种软中断机制,通过信号用来通知进程发生了异步事件。
进程之间可以互相通过系统调用kill发送软中断信号。内核也可以因为内部事件而给进程发送信号,通知进程发生了某个事件。注意,信号只是用来通知某进程发生了什么事件,并不给该进程传递任何数据。
收到信号的进程对各种信号有不同的处理方法。处理方法可以分为三类:第一种是类似中断的处理程序,对于需要处理的信号,进程可以指定处理函数,由该函数来处理。第二种方法是,忽略某个信号,对该信号不做任何处理,就象未发生过一样(注意有些信号是无法忽略的)。第三种方法是,对该信号的处理保留系统的默认值,这种缺省操作,对大部分的信 号的缺省操作是使得进程终止。进程通过系统调用signal来指定进程对某个信号的处理行为。
在进程表的表项中有一个软中断信号域,该域中每一位对应一个信号,当有信号发送给进程时,对应位置位。由此可以看出,进程对不同的信号可以同时保留,但对于同一个信号,进程并不知道在处理之前来过多少个。
内核对信号的基本处理方法
内核给一个进程发送软中断信号的方法,是在进程所在的进程表项的信号域设置对应于该信号的位。这里要补充的是,如果信号发送给一个正在睡眠的进程,那么要看该进程进入睡眠的优先级,如果进程睡眠在可被中断的优先级上,则唤醒进程;否则仅设置进程表中信号域相应的位,而不唤醒进程。这一点比较重要,因为进程检查是否收到信号的时机是:一个进程在即将从内核态返回到用户态时;或者,在一个进程要进入或离开一个适当的低调度优先级睡眠状态时。
内核处理一个进程收到的信号的时机是在一个进程从内核态返回用户态时。所以,当一个进程在内核态下运行时,软中断信号并不立即起作用,要等到将返回用户态时才处理。进程只有处理完信号才会返回用户态,进程在用户态下不会有未处理完的信号。
内核处理一个进程收到的软中断信号是在该进程的上下文中,因此,进程必须处于运行状态。前面介绍概念的时候讲过,处理信号有三种类型:进程接收到信号后退出;进程忽略该信号;进程收到信号后执行用户设定用系统调用signal的函数。当进程接收到一个它忽略的信号时,进程丢弃该信号,就象没有收到该信号似 的继续运行。如果进程收到一个要捕捉的信号,那么进程从内核态返回用户态时执行用户定义的函数。而且执行用户定义的函数的方法很巧妙,内核是在用户栈上创建一个新的层,该层中将返回地址的值设置成用户定义的处理函数的地址,这样进程从内核返回弹出栈顶时就返回到用户定义的函数处,从函数返回再弹出栈顶时,才返回原先进入内核的地方。这样做的原因是用户定义的处理函数不能且不允许在内核态下执行(如果用户定义的函数在内核态下运行的话,用户就可以获得任何权 限)。
在信号的处理方法中有几点特别要引起注意。
第一,在一些系统中,当一个进程处理完中断信号返回用户态之前,内核清除用户区中设定的对该信号的处理例程的地址,即下一次进程对该信号的处理方法又改为默认值,除非在下一次信号到来之前再次使用signal系统调用。这可能会使得进程在调用signal之前又得到该信号而导致退出。
第二个要引起注意的是,如果要捕捉的信号发生于进程正在一个系统调用中时,并且该进程睡眠在可中断的优先级上,这时该信号引起进程作一次longjmp,跳出睡眠状态,返回用户态并执行信号处理例程。当从信号处理例程返回时,进程就象从系统调用返回一样,但返回了一个错误代码,指出该次系统调用曾经被中断。这要注意的是,BSD系统中内核可以自动地重新开始系统调用。
第三个要注意的地方:若进程睡眠在可中断的优先级上,则当它收到一个要忽略的信号时,该进程被唤醒,但不做longjmp,一般是继续睡眠。但用户感觉不到进程曾经被唤醒,而是象没有发生过该信号一样。
第 四个要注意的地方:内核对子进程终止(SIGCLD)信号的处理方法与其他信号有所区别。当进程检查出收到了一个子进程终止的信号时,缺省情况下,该进程就象没有收到该信号似的,如果父进程执行了系统调用wait,进程将从系统调用wait中醒来并返回wait调用,执行一系列wait调用的后续操作(找出僵死的子进程,释放子进程的进程表项),然后从wait中返回。
有关信号的系统调用
系统调用signal是进程用来设定某个信号的处理方法,系统调用kill是用来发送信号给指定进程的。调用pause和alarm是通过信号实现的进程暂停和定时器
signal 系统调用
系统调用signal用来设定某个信号的处理方法。该调用声明的格式如下:
void (*signal(int signum, void (*handler)(int)))(int);
上述声明格式比较复杂,如果不清楚如何使用,也可以通过下面这种类型定义的格式来使用(POSIX的定义):
typedef void (*sighandler_t)(int);
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
在调用中,参数signum指出要设置处理方法的信号。第二个参数handler是一个处理函数,或者是
SIG_IGN:忽略参数signum所指的信号。
SIG_DFL:恢复参数signum所指信号的处理方法为默认值。
传递给信号处理例程的整数参数是信号值,这样可以使得一个信号处理例程处理多个信号。系统调用signal返回值是指定信号signum前一次的处理例程或者错误时返回错误代码SIG_ERR。下面来看一个简单的例子:
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
void sigroutine(int dunno) { /* 信号处理例程,其中dunno将会得到信号的值 */
switch (dunno) {
case 1:
printf("Get a signal -- SIGHUP ");
break;
case 2:
printf("Get a signal -- SIGINT ");
break;
case 3:
printf("Get a signal -- SIGQUIT ");
break;
}
return;
}
int main() {
printf("process id is %d ",getpid());
signal(SIGHUP, sigroutine); //* 下面设置三个信号的处理方法
signal(SIGINT, sigroutine);
signal(SIGQUIT, sigroutine);
for (;;) ;
}
其中信号SIGINT由按下Ctrl-C发出,信号SIGQUIT由按下Ctrl-发出。该程序执行的结果如下:
localhost:~$ ./sig_test
process id is 463
Get a signal -SIGINT //按下Ctrl-C得到的结果
Get a signal -SIGQUIT //按下Ctrl-得到的结果
//按下Ctrl-z将进程置于后台
[1]+ Stopped ./sig_test
localhost:~$ bg
[1]+ ./sig_test &
localhost:~$ kill -HUP 463 //向进程发送SIGHUP信号
localhost:~$ Get a signal – SIGHUP
kill -9 463 //向进程发送SIGKILL信号,终止进程
localhost:~$
kill 系统调用
系统调用kill用来向进程发送一个信号。该调用声明的格式如下:
int kill(pid_t pid, int sig);
该 系统调用可以用来向任何进程或进程组发送任何信号。
如果参数pid是正数,那么该调用将信号sig发送到进程号为pid的进程。
如果pid等于0,那么信 号sig将发送给当前进程所属进程组里的所有进程。
该调用执行成功时,返回值为0;错误时,返回-1,并设置相应 的错误代码errno。
pause系统调用
系统调用pause的作用是等待一个信号。该调用的声明格式如下:
int pause(void);
该调用使得发出调用的进程进入睡眠,直到接收到一个信号为止。
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
void sigroutine(int unused) {
printf("Catch a signal SIGINT ");
}
int main() {
signal(SIGINT, sigroutine);
pause();
printf("receive a signal ");
}
在这个例子中,程序开始执行,就象进入了死循环一样,这是因为进程正在等待信号,当我们按下Ctrl-C时,信号被捕捉,并且使得pause退出等待状态。
alarm和 setitimer系统调用
系统调用alarm的功能是设置一个定时器,当定时器计时到达时,将发出一个信号给进程。该调用的声明格式如下:
unsigned int alarm(unsigned int seconds);
系 统调用alarm安排内核为调用进程在指定的seconds秒后发出一个SIGALRM的信号。如果指定的参数seconds为0,则不再发送 SIGALRM信号。后一次设定将取消前一次的设定。
注意,在使用时,alarm只设定为发送一次信号,如果要多次发送,就要多次使用alarm调用。
对于alarm,这里不再举例。现在的系统中很多程序不再使用alarm调用,而是使用setitimer调用来设置定时器,用getitimer来得到定时器的状态,这两个调用的声明格式如下:
int getitimer(int which, struct itimerval *value);
int setitimer(int which, const struct itimerval *value, struct itimerval *ovalue);