信号是在软件层次上对硬件的中断机制的一种模拟,在原理上,一个进程接受到一个信号和处理器接受到中断请求可以说是一样。信号是异步的,一个进程不必通过任何操作来等待信号的到达,事实上,进程也不知道信号到底什么时候到达。信号是进程间通信机制中唯一的异步通信机制,可以看作是异步通知,通知接收信号的进程有哪些事情发生了。信号机制经过POSIX实时扩展后,功能更加强大,除了基本通知功能外,还可以传递附加信息。信号事件的发生有两个来源:硬件来源(比如我们按下了键盘或者其它硬件故障);软件来源,最常用发送信号的系统函数是kill, raise, alarm和signal函数,软件来源还包括一些非法运算等操作。
进程可以通过三种方式来响应一个信号:(1)忽略信号(SIG_IGN),即对信号不做任何处理,其中,有两个信号不能忽略:SIGKILL及SIGSTOP;(2)捕捉信号。定义信号处理函数,当信号发生时,执行相应的处理函数(void (*func)(int));(3)执行缺省操作(SIG_DFL),Linux对每种信号都规定了默认操作。注意,进程对实时信号的缺省反应是进程终止。Linux究竟采用上述三种方式的哪一个来响应信号,取决于传递给相应API函数的参数。
可以从两个不同的分类角度对信号进行分类:可靠性方面:可靠信号与不可靠信号。与时间的关系上:实时信号与非实时信号。利用kill -l显示当前系统支持的所有信号:
信号值位于SIGRTMIN和SIGRTMAX之间的信号都是可靠信号,可靠信号克服了信号可能丢失的问题。Linux在支持新版本的信号安装函数sigation以及信号发送函数sigqueue的同时,仍然支持早期的signal信号安装函数,支持信号发送函数kill()。注:不要有这样的误解:由sigqueue()发送、sigaction安装的信号就是可靠的。事实上,可靠信号是指后来添加的新信号(信号值位于SIGRTMIN及SIGRTMAX之间);不可靠信号是信号值小于SIGRTMIN的信号。信号的可靠与不可靠只与信号值有关,与信号的发送及安装函数无关。目前linux中的signal()是通过sigation()函数实现的,因此,即使通过signal()安装的信号,在信号处理函数的结尾也不必再调用一次信号安装函数。同时,由signal()安装的实时信号支持排队,同样不会丢失。对于目前linux的两个信号安装函数:signal()及sigaction()来说,它们都不能把SIGRTMIN以前的信号变成可靠信号(都不支持排队,仍有可能丢失,仍然是不可靠信号),而且对SIGRTMIN以后的信号都支持排队。这两个函数的最大区别在于,经过sigaction安装的信号都能传递信息给信号处理函数(对所有信号这一点都成立),而经过signal安装的信号却不能向信号处理函数传递信息。对于信号发送函数来说也是一样的。
对于一个完整的信号生命周期(从信号发送到相应的处理函数执行完毕)来说,可以分为三个重要的阶段,这三个阶段由四个重要事件来刻画:信号诞生;信号在进程中注册完毕;信号在进程中的注销完毕;信号处理函数执行完毕。相邻两个事件的时间间隔构成信号生命周期的一个阶段。
下面阐述四个事件的实际意义:
1. 信号"诞生"。信号的诞生指的是触发信号的事件发生(如检测到硬件异常、定时器超时以及调用信号发送函数kill()或sigqueue()等)。
2. 信号在目标进程中"注册";进程的task_struct结构中有关于本进程中已经注册但是未来得及处理信号的数据成员:
struct sigpending pending: struct sigpending{ struct sigqueue *head, **tail; sigset_t signal; }; //其中第三个成员是进程中所有未处理信号集,第一、第二个成员分别指向一个sigqueue类型的结构链的首尾,信息链中的每个sigqueue结构刻画一个特定信号所携带的信息,并指向下一个sigqueue结构: struct sigqueue{ struct sigqueue *next; siginfo_t info; }信号在进程中注册指的就是信号值加入到进程的未决信号集中(sigpending结构的第二个成员sigset_t signal),并且信号所携带的信息被保留到未决信号信息链的某个sigqueue结构中。只要信号在进程的未决信号集中,表明进程已经知道这些信号的存在,但还没来得及处理,或者该信号被进程阻塞。
2)在信号被注销到相应的信号处理函数执行完毕这段时间内,如果进程又收到同一信号多次,则对实时信号来说,每一次都会在进程中注册;而对于非实时信号来说,无论收到多少次信号,都会视为只收到一个信号,只在进程中注册一次。
#include <signal.h> typedef void (*sighandler_t)(int); sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);第一个参数指定信号的值,第二个参数指定针对前面信号值的处理,可以忽略该信号(参数设为SIG_IGN);可以采用系统默认方式处理信号(参数设为SIG_DFL);也可以自己实现处理方式(参数指定一个函数地址)。 如果signal()调用成功,返回最后一次为安装信号signum而调用signal()时的handler值;失败则返回SIG_ERR。
#include <signal.h> int sigaction(int signum, const struct sigaction *act,struct sigaction *oldact);
struct sigaction { union{ __sighandler_t _sa_handler; void (*_sa_sigaction)(int,struct siginfo *, void *); }_u sigset_t sa_mask; unsigned long sa_flags; void (*sa_restorer)(void); }其中,sa_restorer,已过时,POSIX不支持它,不应再被使用。
typedef struct { int si_signo; int si_errno; int si_code; union sigval si_value; } siginfo_t
union sigval { int sival_int; void *sival_ptr; }采用联合数据结构,说明siginfo_t结构中的si_value要么持有一个4字节的整数值,要么持有一个指针,这就构成了与信号相关的数据。在信号的处理函数中,包含这样的信号相关数据指针,但没有规定具体如何对这些数据进行操作,操作方法应该由程序开发人员根据具体任务事先约定。
#include <sys/types.h> #include <signal.h> int kill(pid_t pid, int sig);
#include <signal.h> int raise(int sig);向进程本身发送信号,参数为即将发送的信号值。调用成功返回 0;否则,返回 -1。
#include <unistd.h> unsigned int alarm(unsigned int seconds);专门为SIGALRM信号而设,在指定的时间seconds秒后,将向进程本身发送SIGALRM信号,又称为闹钟时间。进程调用alarm后,任何以前的alarm()调用都将无效。如果参数seconds为零,那么进程内将不再包含任何闹钟时间。 返回值,如果调用alarm()前,进程中已经设置了闹钟时间,则返回上一个闹钟时间的剩余时间,否则返回0。
#include <stdlib.h> void abort(void);向进程发送SIGABORT信号,默认情况下进程会异常退出,当然可定义自己的信号处理函数。即使SIGABORT被进程设置为阻塞信号,调用abort()后,SIGABORT仍然能被进程接收。该函数无返回值。
#include <sys/time.h> int getitimer(int which, struct itimerval *curr_value); int setitimer(int which, const struct itimerval *new_value,struct itimerval *old_value);setitimer()比alarm功能强大,支持3种类型的定时器:
struct itimerval { struct timeval it_interval; /* next value */ struct timeval it_value; /* current value */ }; struct timeval { long tv_sec; /* seconds */ long tv_usec; /* microseconds */ };
#include <signal.h> int sigqueue(pid_t pid, int sig, const union sigval value);sigqueue()是比较新的发送信号系统调用,主要是针对实时信号提出的(当然也支持前32种),支持信号带有参数,与函数sigaction()配合使用。sigqueue的第一个参数是指定接收信号的进程ID,第二个参数确定即将发送的信号,第三个参数是一个联合数据结构union sigval,指定了信号传递的参数,即通常所说的4字节值。
typedef union sigval { int sival_int; void *sival_ptr; }sigval_t;sigqueue()比kill()传递了更多的附加信息,但sigqueue()只能向一个进程发送信号,而不能发送信号给一个进程组。如果signo=0,将会执行错误检查,但实际上不发送任何信号,0值信号可用于检查pid的有效性以及当前进程是否有权限向目标进程发送信号。在调用sigqueue时,sigval_t指定的信息会拷贝到3参数信号处理函数(3参数信号处理函数指的是信号处理函数由sigaction安装,并设定了sa_sigaction指针,稍后将阐述)的siginfo_t结构中,这样信号处理函数就可以处理这些信息了。由于sigqueue系统调用支持发送带参数信号,所以比kill()系统调用的功能要灵活和强大得多。注:sigqueue()发送非实时信号时,第三个参数包含的信息仍然能够传递给信号处理函数; sigqueue()发送非实时信号时,仍然不支持排队,即在信号处理函数执行过程中到来的所有相同信号,都被合并为一个信号。
typedef struct { unsigned long sig[_NSIG_WORDS]; } sigset_t信号集用来描述信号的集合,linux所支持的所有信号可以全部或部分的出现在信号集中,主要与信号阻塞相关函数配合使用。下面是为信号集操作定义的相关函数:
#include <signal.h> int sigemptyset(sigset_t *set);//初始化由set指定的信号集,信号集里面的所有信号被清空; int sigfillset(sigset_t *set);//调用该函数后,set指向的信号集中将包含linux支持的64种信号; int sigaddset(sigset_t *set, int signum);//在set指向的信号集中加入signum信号; int sigdelset(sigset_t *set, int signum);//在set指向的信号集中删除signum信号; int sigismember(const sigset_t *set, int signum);//判定信号signum是否在set指向的信号集中。
#include <signal.h> int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset)); int sigpending(sigset_t *set)); int sigsuspend(const sigset_t *mask));sigprocmask()函数能够根据参数how来实现对信号集的操作,操作主要有三种:
#include <signal.h> #include <sys/types.h> #include <unistd.h> void new_op(int,siginfo_t*,void*); int main(int argc,char**argv) { struct sigaction act; int sig; sig=atoi(argv[1]); sigemptyset(&act.sa_mask); act.sa_flags=SA_SIGINFO; act.sa_sigaction=new_op; if(sigaction(sig,&act,NULL) < 0) { printf("install sigal error\n"); } while(1) { sleep(2); printf("wait for the signal\n"); } } void new_op(int signum,siginfo_t *info,void *myact) { printf("receive signal %d", signum); sleep(5); }
#include <signal.h> #include <sys/types.h> #include <unistd.h> void new_op(int,siginfo_t*,void*); int main(int argc,char**argv) { struct sigaction act; union sigval mysigval; int i; int sig; pid_t pid; char data[10]; memset(data,0,sizeof(data)); for(i=0;i < 5;i++) data[i]='2'; mysigval.sival_ptr=data; sig=atoi(argv[1]); pid=getpid(); sigemptyset(&act.sa_mask); act.sa_sigaction=new_op;//三参数信号处理函数 act.sa_flags=SA_SIGINFO;//信息传递开关 if(sigaction(sig,&act,NULL) < 0) { printf("install sigal error\n"); } while(1) { sleep(2); printf("wait for the signal\n"); sigqueue(pid,sig,mysigval);//向本进程发送信号,并传递附加信息 } } void new_op(int signum,siginfo_t *info,void *myact)//三参数信号处理函数的实现 { int i; for(i=0;i<10;i++) { printf("%c\n ",(*( (char*)((*info).si_ptr)+i))); } printf("handle signal %d over;",signum); }
#include <signal.h> #include <sys/types.h> #include <unistd.h> void new_op(int,siginfo_t*,void*); int main(int argc,char**argv) { struct sigaction act; int sig; pid_t pid; pid=getpid(); sig=atoi(argv[1]); sigemptyset(&act.sa_mask); act.sa_sigaction=new_op; act.sa_flags=SA_SIGINFO; if(sigaction(sig,&act,NULL)<0) { printf("install sigal error\n"); } while(1) { sleep(2); printf("wait for the signal\n"); } } void new_op(int signum,siginfo_t *info,void *myact) { printf("the int value is %d \n",info->si_int); }信号发送程序:命令行第二个参数为信号值,第三个参数为接收进程ID。
#include <signal.h> #include <sys/time.h> #include <unistd.h> #include <sys/types.h> main(int argc,char**argv) { pid_t pid; int signum; union sigval mysigval; signum=atoi(argv[1]); pid=(pid_t)atoi(argv[2]); mysigval.sival_int=8;//不代表具体含义,只用于说明问题 if(sigqueue(pid,signum,mysigval)==-1) printf("send error\n"); sleep(2); }
#include "signal.h" #include "unistd.h" static void my_op(int); main() { sigset_t new_mask,old_mask,pending_mask; struct sigaction act; sigemptyset(&act.sa_mask); act.sa_flags=SA_SIGINFO; act.sa_sigaction=(void*)my_op; if(sigaction(SIGRTMIN+10,&act,NULL)) printf("install signal SIGRTMIN+10 error\n"); sigemptyset(&new_mask); sigaddset(&new_mask,SIGRTMIN+10); if(sigprocmask(SIG_BLOCK, &new_mask,&old_mask)) printf("block signal SIGRTMIN+10 error\n"); sleep(10); printf("now begin to get pending mask and unblock SIGRTMIN+10\n"); if(sigpending(&pending_mask)<0) printf("get pending mask error\n"); if(sigismember(&pending_mask,SIGRTMIN+10)) printf("signal SIGRTMIN+10 is pending\n"); if(sigprocmask(SIG_SETMASK,&old_mask,NULL)<0) printf("unblock signal error\n"); printf("signal unblocked\n"); sleep(10); } static void my_op(int signum) { printf("receive signal %d \n",signum); }