Linux下IPC方式之信号1

1. 信号的基本属性

1.1 信号的特点

简单，不能携带大量信息，满足特定条件发生，信号也叫软中断，有可能会有延迟。

1.2 信号的机制

信号实际上是由内核发送，内核来处理收到的信号。收到信号的进程，必须对信号做出处理（忽略，捕获，默认动作都行）

1.3 信号的产生

1. 按键产生，如：Ctrl+c、Ctrl+z、Ctrl+\
2. 系统调用产生，如：kill、raise、abort
3. 软件条件产生，如：定时器alarm
4. 硬件异常产生，如：非法访问内存(段错误)、除0(浮点数例外)、内存对齐出错(总线错误)
5. 命令产生，如：kill命令

1.4 信号的状态

• 产生
• 递达：信号到达并且处理完
• 未决：产生和递达之间的状态。主要由于阻塞(屏蔽)导致该状态。

1.5 信号的处理方式

• 执行默认动作
• 忽略(丢弃)
• 捕捉(调用户处理函数)

1.6 阻塞信号集和未决信号集

阻塞信号集(信号屏蔽字)： 将某些信号加入集合，对他们设置屏蔽，当屏蔽x信号后，再收到该信号，该信号的处理将推后(解除屏蔽后)
未决信号集:

• 信号产生，未决信号集中描述该信号的位立刻翻转为1，表信号处于未决状态。当信号被处理对应位翻转回为0。这一时刻往往非常短暂。
• 信号产生后由于某些原因(主要是阻塞)不能抵达。这类信号的集合称之为未决信号集。在屏蔽解除前，信号一直处于未决状态。
  
  如果我们把2号信号设置成阻塞（即在阻塞信号集的对应位置设为1），那么来一个2号信号，则未信号集的对应值置为1，什么时候阻塞信号集中的对应位置变成0了，什么时候未决信号集才能去处理之前被阻塞的那个信号。

1.7 信号的四要素

• 编号
• 事件
• 名称
• 默认处理动作
  1 忽略
  2 终止
  3 终止+core
  4 暂停
  5 继续

默认处理动作有五个（linux 输入 man 7 signal 即可查看），如图所示：
注意：9号，19号信号，不能捕捉，不能忽略，不能阻塞。

1.8 Linux常规信号一览表

编号	名称	作用
1	SIGHUP	用户退出shell时，由该shell启动的所有进程将收到这个信号，默认动作为终止进程
2	SIGINT	当用户按下了组合键时，用户终端向正在运行中的由该终端启动的程序发出此信号。默认动作为终止进程。
3	SIGQUIT	当用户按下组合键时产生该信号，用户终端向正在运行中的由该终端启动的程序发出些信号。默认动作为终止进程。
4	SIGILL	CPU检测到某进程执行了非法指令。默认动作为终止进程并产生core文件
5	SIGTRAP	该信号由断点指令或其他 trap指令产生。默认动作为终止里程 并产生core文件。
6	SIGABRT	调用abort函数时产生该信号。默认动作为终止进程并产生core文件。
7	SIGBUS	非法访问内存地址，包括内存对齐出错，默认动作为终止进程并产生core文件。
8	SIGFPE	在发生致命的运算错误时发出。不仅包括浮点运算错误，还包括溢出及除数为0等所有的算法错误。默认动作为终止进程并产生core文件。
9	SIGKILL	无条件终止进程。本信号不能被忽略，处理和阻塞。默认动作为终止进程。它向系统管理员提供了可以杀死任何进程的方法。
10	SIGUSE1	用户定义 的信号。即程序员可以在程序中定义并使用该信号。默认动作为终止进程。
11	SIGSEGV	指示进程进行了无效内存访问。默认动作为终止进程并产生core文件。
12	SIGUSR2	另外一个用户自定义信号，程序员可以在程序中定义并使用该信号。默认动作为终止进程。
13	SIGPIPE	Broken pipe向一个没有读端的管道写数据。默认动作为终止进程。
14	SIGALRM	定时器超时，超时的时间 由系统调用alarm设置。默认动作为终止进程。
15	SIGTERM	程序结束信号，与SIGKILL不同的是，该信号可以被阻塞和终止。通常用来要示程序正常退出。执行shell命令Kill时，缺省产生这个信号。默认动作为终止进程。
16	SIGSTKFLT	Linux早期版本出现的信号，现仍保留向后兼容。默认动作为终止进程。
17	SIGCHLD	子进程结束时，父进程会收到这个信号。默认动作为忽略这个信号。
18	SIGCONT	如果进程已停止，则使其继续运行。默认动作为继续/忽略。
19	SIGSTOP	停止进程的执行。信号不能被忽略，处理和阻塞。默认动作为暂停进程。
20	SIGTSTP	停止终端交互进程的运行。按下组合键时发出这个信号。默认动作为暂停进程。
21	SIGTTIN	后台进程读终端控制台。默认动作为暂停进程。
22	SIGTTOU	该信号类似于SIGTTIN，在后台进程要向终端输出数据时发生。默认动作为暂停进程。
23	SIGURG	套接字上有紧急数据时，向当前正在运行的进程发出些信号，报告有紧急数据到达。如网络带外数据到达，默认动作为忽略该信号。
24	SIGXCPU	进程执行时间超过了分配给该进程的CPU时间 ，系统产生该信号并发送给该进程。默认动作为终止进程。
25	SIGXFSZ	超过文件的最大长度设置。默认动作为终止进程。
26	SIGVTALRM	虚拟时钟超时时产生该信号。类似于SIGALRM，但是该信号只计算该进程占用CPU的使用时间。默认动作为终止进程。
27	SGIPROF	类似于SIGVTALRM，它不公包括该进程占用CPU时间还包括执行系统调用时间。默认动作为终止进程。
28	SIGWINCH	窗口变化大小时发出。默认动作为忽略该信号。
29	SIGIO	此信号向进程指示发出了一个异步IO事件。默认动作为忽略。
30	SIGPWR	关机。默认动作为终止进程。
31	SIGSYS	无效的系统调用。默认动作为终止进程并产生core文件。
34~64	SIGRTMIN～ SIGRTMAX	LINUX的实时信号，它们没有固定的含义（可以由用户自定义）。所有的实时信号的默认动作都为终止进程。

2. 信号的产生

2.1 终端按键产生信号

Ctrl + c → 2) SIGINT（终止/中断） “INT” ----Interrupt
Ctrl + z → 20) SIGTSTP（暂停/停止） “T” ----Terminal 终端。
Ctrl + \ → 3) SIGQUIT（退出）

2.2 硬件异常产生信号

除0操作 → 8) SIGFPE (浮点数例外) “F” -----float 浮点数。
非法访问内存 → 11) SIGSEGV (段错误)
总线错误 → 7) SIGBUS

2.3 kill函数/命令产生信号

kill命令产生信号：kill -SIGKILL pid
kill函数：给指定进程发送指定信号(不一定杀死)

 int kill(pid_t pid, int sig);	

pid > 0		要发送进程ID
pid = 0		代表当前调用进程中内所有进程
pid = -1	代表有权限发送的所有进场
pid < 0		代表 -pid 对应的组内所有进程
sig			对应的信号，不推荐直接使用数字，应使用宏名，因为不同操作系统信号编号可能不同，但名称一致。

练习，让3号子进程杀死父进程

#include
#include
#include
#include
#include
 
int main(){
	int i;
	for(i=0; i<5; i++){
		pid_t pid=fork();
		if(pid==0){
			break;
		}
	}
	//我们使3号子进程杀死父进程
	if(i==2){
		printf("I will kill my father after 5 second!\n");
		sleep(5);
		kill(getppid(),SIGKILL);
	}
	if(i==5){
		while(1){
			printf("I am father!\n");
			sleep(1);
		}
	}
	return 0;
}

运行结果：

父进程把3号子进程杀死：

#include
#include
#include
#include
 
int main(){
	int i=0;
	pid_t pid3, pid;
	for(i=0; i<5; i++){
		pid=fork();
		if(pid==0) break;
		if(i==2) pid3=pid;
	}
	if(i<5){
		while(1){
			printf("I am child, pid=%d, ppid=%d\n", getpid(), getppid());
			sleep(3);
		}
	}
	else if(i==5){
		printf("I am father,pid=%d, I will kill xiao san pid3=%d\n", getpid(), pid3);
		sleep(5);
		kill(pid3, SIGKILL);
		while(1) sleep(1);
	}
	return 0;
}

运行结果：

2.4 raise和abort函数

raise 函数：给当前进程发送指定信号(自己给自己发)
raise(signo) == kill(getpid(), signo);

int raise(int sig); 
返回值：	成功：0，失败非0值

#include
#include
#include
#include
 
int main(){
	printf("I will die!\n");
	sleep(2);
	raise(SIGKILL);//kill(getpid(), sig)
	return 0;
}

abort 函数：给自己发送异常终止信号 6) SIGABRT 信号，终止并产生core文件

void abort(void); 该函数无返回

#include
#include
#include
#include
#include 
 
int main(){
	printf("I will die!\n");
	sleep(2);
	//raise(SIGKILL);//kill(getpid(), sig)
    abort();
	return 0;
}

2.5 时钟产生信号

2.5.1 alarm函数

设置定时器(闹钟)。在指定seconds后，内核会给当前进程发送14）SIGALRM信号。进程收到该信号，默认动作终止（Term）。
每个进程都有且只有唯一个定时器。
定时给自己发送SIGALRM
几秒后发送信号
返回值——上次闹钟剩余的秒数
特别的，如果传入参数秒为0，代表取消闹钟

#include
#include
 
int main(){
	alarm(6);
	while(1){
		printf("hello world \n");
		sleep(1);
	}
	return 0;
}

alarm函数的返回值

#include
#include
 
int main(){
	int ret=0;
	ret=alarm(6);
	printf("ret=%d\n", ret);
	sleep(2);
	ret=alarm(5);
	printf("ret=%d\n", ret);
	while(1){
		printf("hello world\n");
		sleep(1);
	}
	return 0;
}

运行结果：

2.5.2 setitimer函数

设置定时器(闹钟)。 可代替alarm函数。精度微秒us，可以实现周期定时

int setitimer(int which, const struct itimerval *new_value, struct itimerval *old_value);	

返回值		成功：0；失败：-1，设置errno

参数：
which：指定定时方式
		ITIMER_REAL 	自然定时法 			SIGALRM
		ITIMER_VIRTUAL 	计算进程执行时间 	SIGVTALRM
		ITIMER_PROF 	程序执行时间+调度时间 ITIMER_VIRTUAL
		
new_value 	要设置的闹钟时间

old_value 	原闹钟时间

setitimer实现alarm功能

#include
#include
#include
 
int main(){
	//setitimer是一个结构体中嵌套了两个结构体
	//两个结构体分别代表：周期性的时间设置，下次的闹钟时间
	//每个结构体里。，第一个参数是秒，第二个参数是微妙
	//这里定义的意思就是：三秒之后发送SIGALRM信号
	struct itimerval myit={{0,0},{3,0}};
	setitimer(ITIMER_REAL, &myit, NULL);
 
	while(1){
		printf("Who can kill me!\n");
		sleep(1);
	}
	return 0;
}

运行结果：

测试周期性发送信号功能
周期性发送SIGALRM信号杀死进程，进程利用catch_sig函数来捕获SIGALRM信号

#include
#include
#include
#include
 
void catch_sig(int num){
	printf("cat %d sig\n", num);
}
int main(){
	signal(SIGALRM, catch_sig);
	//第一次等待五秒，之后每隔三秒
	struct itimerval myit={{3,0},{5,0}};
	setitimer(ITIMER_REAL, &myit, NULL);
 
	while(1){
		printf("Who can kill me!\n");
		sleep(1);
	}
	return 0;
}

运行结果：

setitimer实现alarm

#include
#include
#include
 
unsigned int myalarm(unsigned int seconds){
	struct itimerval oldit,myit={{0,0},{0,0}};
	//second秒之后，给我发送一个SIGALRM信号
	myit.it_value.tv_sec=seconds;
	//old_value 原闹钟时间
	setitimer(ITIMER_REAL, &myit, &oldit);
	//打印秒和微秒
	printf("tv_sec=%ld, tv_microsec=%ld\n",
		oldit.it_value.tv_sec, oldit.it_value.tv_usec);
	return oldit.it_value.tv_sec;
 
}
 
int main(){
	int ret=0;
	ret=myalarm(5);
	printf("ret=%d\n", ret);
	sleep(3);
	ret=myalarm(3);
	printf("ret=%d\n", ret);
	while(1){
		printf("hello world\n");
		sleep(1);
	}
	return 0;
}

运行结果：

后接Linux下IPC方式之信号2