进程间通信--信号(进程间通信唯一的异步方式)

一、信号的介绍

信号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那些系统事件。

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个它；如果一个信号被进程设置为阻塞，则该信号的传递被延迟，直到其阻塞取消时才被传递给进程。

二、linux操作系统支持的信号

A. kill  -l



B.常用信号的含义

三、信号的产生

A.用户在终端按下某些键时，终端驱动程序会发送信号给前台进程，例如ctr+c产生SIGINT,  ctr + \产生SIGQUI信号，ctr + z产生SIGTSTP。

B.硬件异常产生信号，这些条件由硬件检测到并通知内核，然后内核向当前进程发送适当的信号。例如当前进程执行了除以0的指令，CPU的运算单元会产生异常，内核将这个异常解释为SIGFPE信号发送给进程。再比如当前进程访问了非法内存地址，MMU会产生异常，内核将这个异常解释为SIGSEGV信号发送给当前进程 。

C.一个进程调用int kill(pid_t pid,int sig)函数可以给另一个进程发送信号

D.可以用kill命令给某个进程发送信号，如果不明确指定信号则发送SIGTERM信号，该信号的默认处理动作是终止进程。

E.当内核检测到某种软件条件发生时也可以通过信号通知进程，例如闹钟超时产生SIGALRM信号，向读端已关闭的管道写数据时产生SIGPIPE信号。

四、进程对信号的处理

A.忽略此信号

B.执行该信号的默认处理动作

C .提供一个信号处理函数，要求内核在处理该信号时切换到用户态执行这个处理函数，这种方式成为捕捉(Catch)一个信号。

 

五、相关信号API

A.通过系统调用向一个指定的进程发送信号

参数说明:

第一个参数：指定发送信号的接收线程

第二个参数：信号的signum

案例一、

父进程从终端输入signum,然后发给子进程

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#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <signal.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
    int pid;

    if((pid = fork()) < 0)
    {

        perror("Fail to fork");
        exit(EXIT_FAILURE);

    }else if(pid == 0){

        while(1);

    }else{

        int signum;

        while(scanf("%d",&signum) == 1)
        {
            kill(pid,signum);
            system("ps -aux | grep a.out");
        }
    }

    return 0;
}

运行结果如下:



B.捕捉一个信号



对应的API



其原型:

我们一般都是用第一个，也就是通过typedef改写过的。

注意：signal函数我一般认为其是向内核注册当前进程收到信号的处理的方式。

signal(SIGINT,handler);

参数说明:

signum  :  指定信号

handler  :  SIG_IGN忽略该信号，SIG_DFL采用系统默认方式处理信号,自定义的信号处理函数指针。

案例探究:

通过异步方式，给子进程收尸

注意：子进程在终止时会给父进程发SIGCHLD，该信号的默认处理动作是忽略，父进程可以自定义SIGCHLD信号的处理函数，这样父进程只需要专心处理自己的工作，不必关心子进程了，子进程终止时会通知父进程，父进程在信号处理函数中调用wait清理子进程即可。

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#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>

void child_exit_handler(int signum)
{
    if(signum == SIGCHLD)
    {
        printf("Child exit.\n");
        wait(NULL);
    }
}

int main()
{
    int pid;
    int i = 0;

    //想内核注册，处理 SIGCHLD信号的方式
    signal(SIGCHLD,child_exit_handler);

    if((pid = fork()) < 0)
    {
        perror("Fail to fork");
        exit(EXIT_FAILURE);

    }else if(pid == 0){

        for(i = 0;i < 5;i ++)
        {
            printf("child loop.\n");
            sleep(1);
        }

    }else{

        for(i = 0;i < 5;i ++)
        {
            printf("Father loop.\n");
            sleep(2);
        }

    }

    exit(EXIT_SUCCESS);
}

C.闹钟函数alarm

larm()也称为闹钟函数，它可以在进程中设置一个定时器。当定时器指定的时间到时，内核就向进程发送SIGALARM信号。

seconds:指定的秒数，如果参数seconds为0，则之前设置的闹钟会被取消，并将剩下的时间返回。

成功:如果调用此alarm()前，进程中已经设置了闹钟时间，则放回上一个闹钟时间的剩余时间，否则返回0。

alarm(100);

........

......

alarm(5);

出错:-1

案例探究:

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#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <stdlib.h>

void handler(int signum)
{
    if(signum == SIGALRM)
    {
        printf("Recv SIGALARM.\n");
    }

    exit(EXIT_SUCCESS);
}

int main()
{
    int count = 0;
    int n = 0;

    signal(SIGALRM,handler);

    n = alarm(10);

    printf("n = %d.\n",n);

    sleep(2);

    n = alarm(5);

    printf("n = %d.\n",n);

    while(1)
    {
        printf("count = %d.\n", ++count);
        sleep(1);
    }

    return 0;
}

运行结果如下：

案例二、综合案例

使用FIFO实现clientA与clientB之间聊天

A.输入quit后，两个进程退出

B.如果在20秒内，没有等到另一端发来的消息，则认为对方已不在，此时终止。

clientA:

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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>

#define MAX 100

void signal_handler(int signum)
{
    static int flag = 0;

    switch(signum)
    {
        case SIGALRM:
            if(flag == 0)
            {
                printf("The people is leaving,the system is closed in 10 seconds \
                        and you can input 'ctrl + c' cancel.\n");
                alarm(10);
            }else{

                kill(getppid(),SIGKILL);
                usleep(500);
                exit(EXIT_SUCCESS);
            }

            flag = 1;
            break;

        case SIGINT:
            printf("The alarm is cancel.\n");
            alarm(0);
            break;
    }

}

int child_recv_fifo(char *fifo_name)
{
    int n,fd;
    char buf[MAX];

    if((fd = open(fifo_name,O_RDONLY)) < 0)
    {
        fprintf(stderr,"fail to open %s : %s.\n",fifo_name,strerror(errno));
        return -1;
    }

    signal(SIGALRM,signal_handler);
    signal(SIGINT,signal_handler);
    alarm(15);//璁剧疆瀹氭椂鍣?
    while(1)
    {
        n = read(fd,buf,sizeof(buf));
        buf[n] = '\0';

        printf("Read %d bytes : %s.\n",n,buf);

        if(strncmp(buf,"quit",4) == 0 || n == 0)
        {
            kill(getppid(),SIGKILL);
            usleep(500);
            exit(EXIT_SUCCESS);
        }

        alarm(15);
    }

    return 0;
}

int father_send_fifo(char *fifo_name,int pid)
{
    int n,fd;
    char buf[MAX];

    if((fd = open(fifo_name,O_WRONLY)) < 0)
    {
        fprintf(stderr,"Fail to open %s : %s.\n",fifo_name,strerror(errno));
        return -1;
    }

    signal(SIGINT,SIG_IGN);

    while(1)
    {
        getchar();
        printf(">");

        fgets(buf,sizeof(buf),stdin);
        buf[strlen(buf)-1] = '\0';

        write(fd,buf,strlen(buf));

        if(strncmp(buf,"quit",4) == 0)
        {
            kill(pid,SIGKILL);
            usleep(500);
            exit(EXIT_SUCCESS);
        }
    }

    return 0;
}

int main(int argc,char *argv[])
{
    int pid;

    if(argc < 3)
    {
        fprintf(stderr,"usage %s argv[1].\n",argv[0]);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if(mkfifo(argv[1],0666) < 0 && errno != EEXIST)
    {
        perror("Fail to mkfifo");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if(mkfifo(argv[2],0666) < 0 && errno != EEXIST)
    {
        perror("Fail to mkfifo");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if((pid = fork()) < 0)
    {

        perror("Fail to fork");
        exit(EXIT_FAILURE);

    }else if(pid == 0){

        child_recv_fifo(argv[2]);

    }else{

        father_send_fifo(argv[1],pid);
    }

    exit(EXIT_SUCCESS);
}

client B

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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>

#define MAX 100

void signal_handler(int signum)
{
    static int flag = 0;

    switch(signum)
    {
        case SIGALRM:
            if(flag == 0)
            {
                printf("The people is leaving,the system is closed in 10 seconds \
                        and you can input 'ctrl + c' cancel.\n");
                alarm(10);
            }else{

                kill(getppid(),SIGKILL);
                usleep(500);
                exit(EXIT_SUCCESS);
            }

            flag = 1;
            break;

        case SIGINT:
            printf("The alarm is cancel.\n");
            alarm(0);
            break;
    }

}

int child_recv_fifo(char *fifo_name)
{
    int n,fd;
    char buf[MAX];

    if((fd = open(fifo_name,O_RDONLY)) < 0)
    {
        fprintf(stderr,"fail to open %s : %s.\n",fifo_name,strerror(errno));
        return -1;
    }

    signal(SIGALRM,signal_handler);
    signal(SIGINT,signal_handler);
    alarm(15);//璁剧疆瀹氭椂鍣?
    while(1)
    {
        n = read(fd,buf,sizeof(buf));
        buf[n] = '\0';

        printf("Read %d bytes : %s.\n",n,buf);

        if(strncmp(buf,"quit",4) == 0 || n == 0)
        {
            kill(getppid(),SIGKILL);
            usleep(500);
            exit(EXIT_SUCCESS);
        }

        alarm(15);
    }

    return 0;
}

int father_send_fifo(char *fifo_name,int pid)
{
    int n,fd;
    char buf[MAX];

    if((fd = open(fifo_name,O_WRONLY)) < 0)
    {
        fprintf(stderr,"Fail to open %s : %s.\n",fifo_name,strerror(errno));
        return -1;
    }

    signal(SIGINT,SIG_IGN);

    while(1)
    {
        getchar();
        printf(">");

        fgets(buf,sizeof(buf),stdin);
        buf[strlen(buf)-1] = '\0';

        write(fd,buf,strlen(buf));

        if(strncmp(buf,"quit",4) == 0)
        {
            kill(pid,SIGKILL);
            usleep(500);
            exit(EXIT_SUCCESS);
        }
    }

    return 0;
}

int main(int argc,char *argv[])
{
    int pid;

    if(argc < 3)
    {
        fprintf(stderr,"usage %s argv[1].\n",argv[0]);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if(mkfifo(argv[1],0666) < 0 && errno != EEXIST)
    {
        perror("Fail to mkfifo");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if(mkfifo(argv[2],0666) < 0 && errno != EEXIST)
    {
        perror("Fail to mkfifo");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if((pid = fork()) < 0)
    {

        perror("Fail to fork");
        exit(EXIT_FAILURE);

    }else if(pid == 0){

        child_recv_fifo(argv[1]);

    }else{

        father_send_fifo(argv[2],pid);
    }

    exit(EXIT_SUCCESS);
}

D.将进程挂起函数pause

解释如下:

案例如下: