APUE学习之信号（Signal）

目录

一、信号

1、基本概念

2、用户处理信号的方式     

3、查看信号

4、可靠信号和不可靠信号

5、信号种类

 6、终止进程信号的区别

二、进程对信号的处理

1、signal（）函数

2、sigaction（）函数

3、代码演示

4、运行结果

三、实战演练

 四、补充

1、alarm（）函数

2、wait（）函数

3、僵尸进程和孤儿进程

一、信号

1、基本概念

        信号是Linux系统中用于进程之间通信或者操作的机制，它给进程提供一种异步的软件中断（信号可以在任何时候发送给某一进程，而无须知道该进程的状态）。如果该进程并未处于执行状态，则该信号就由内核保存起来，直到该进程恢复执行并传递给他为止。如果一个信号被进程设置为阻塞，则该信号的传递被延迟，直到其阻塞被取消时才被传递给进程。

2、用户处理信号的方式     

进程接受到信号后，有三种处理方式：

（1）忽略：忽略某个信号，对该信号不做任何处理，就像从未发生过。

（2）捕捉：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，由该函数来进行处理。

（3）默认/缺省：Linux对每种信号都规定了默认操作，通常是终止该进程。

        注意：有两个信号比较特殊，需要特殊记一下——SIGKILL 和 SIGSTOP，这是两个不能捕捉的信号或忽略的信号。不能被忽略的原因是：他们向超级用户提供了使进程终止或停止的可靠方法。大概讲一下两个信号的区别，SIGKILL这是一个 “我不管您在做什么,立刻停止”的信号。假如您发送SIGKILL信号给进程，Linux就将进程停止在那里。SIGSTOP 停止进程的执行，但是该进程还未结束, 只是暂停执行.。

3、查看信号

        我们可以使用如下的命令查看当前系统支持的信号，需要注意的是不同的系统支持的信号是不一样的：

查看信号的命令：kill    -l

给大家看一下我系统所支持的信号：

        注意：信号本质上是 int 类型的数字编号。内核针对每个信号，都给其定义了一个唯一的整数编号，从数字 1 开始顺序展开。并且每一个信号都有其对应的名字（其实就是一个宏）， 信号名字与信号编号乃是一一对应关系，但是由于每个信号的实际编号随着系统的不同可能会不一样，所 以在程序当中一般都使用信号的符号名（也就是宏定义）。这些信号在头文件中定义，每个信号都是以 SIGxxx 为开头。

4、可靠信号和不可靠信号

        Linux信号机制基本上是从UNIX系统中继承过来的。早期UNIX系统中的信号机制比较简单和原始，信号值小于SIGRTMIN的信号都是不可靠信号。这就是“不可靠信号”的来源，它的主要问题就是信号可能丢失。随着时间发展，实践证明了有必要对信号的原始机制加以改进和扩充。由于原来定义的信号已经有许多应用，不好再做改动，最后只好又新增加了一些信号，并在一开始就把它们定义为可靠信号，这些信号支持排队，不会丢失。

        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。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，而经过signal安装的信号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。

5、信号种类

        经过上面的学习，我们已经知道了如何查看信号，那么每个信号都代表着什么意思呢？该信号的默认动作又是什么呢？让我们继续往下学习吧！（红色信号为常见信号，其余信号了解即可）

信号编号信号名信号说明默认动作
1SIGHUP在终端的控制进程结束时发出程序终止
2SIGINTCTRL+c按键终止程序运行的信号程序终止
3SIGQUITCTRL+\按键输入时产生的信号程序终止
4SIGILL非法的指令程序终止
5SIGTRAP跟踪自陷，由断点指令或其它trap指令产生建立CORE文件
6SIGABRT当调用abort函数时会产生当前信号程序终止
7SIGBUS运行非本CPU相关编译器编译的程序程序终止
8SIGFPE算术异常时产生建立CORE文件
9SIGKILL强制杀死程序序号，任何程序都不可以捕捉该信号程序终止，不可被捕捉
10SIGUSR1用户自定义信号1，不会自动产生，只能使用kill函数或者命令给指定的进程发送当前信号程序终止
11SIGSEGV段错误系统给程序发送的信号程序终止
12SIGUSR2用户自定义信号2，不会自动产生，只能使用kill函数或者命令给指定的进程发送当前信号程序终止
13SIGPIPE管道破裂信号程序终止
14SIGALRM当alarm函数设置的时间到达时，会产生当前信号程序终止
15SIGTERMkill命令默认发送的信号，默认动作是终止信号程序终止
16SIGSTKFLT数学协处理器的栈异常程序终止
17SIGCHLD子进程退出信号忽略该信号
18SIGCONT当产生当前信号后，当前停止的进程会恢复运行停止的进程恢复运行
19SIGSTOP停止进程的执行停止进程
20SIGTSTPCTRL+z按键输入时产生的信号，但该信号可以被处理和忽略停止进程
21SIGTTIN后台进程读终端停止进程
22SIGTTOU后台进程写终端停止进程
23SIGURG有"紧急"数据或out-of-band数据到达socket时产生忽略该信号
24SIGXCPU超出CPU限制程序终止
25SIGXFSZ文件长度过长程序终止
26SIGVTALRM虚拟定时器超时程序终止
27SIGPROF统计分布图用计时器到时程序终止
28SIGWINCH终端窗口尺寸发生变化忽略该信号
29SIGIO异步IO程序终止
30SIGPWR电力故障程序终止
31SIGSYS无效系统调用程序终止

 6、终止进程信号的区别

        经过上面的学习，我们知道终止进程的信号有三种，即SIGINT、SIGKILL、SIGTERM，三者都是结束/终止进程运行.但三者之间却有区别。让我们一起来看看吧！

（1）SIGINT
        产生方式: 键盘Ctrl+C
        产生结果: 只对当前前台进程,和他的所在的进程组的每个进程都发送SIGINT信号,之后这些进程会执行信号处理程序再终止。

（2）SIGTERM
        产生方式: 和任何控制字符无关,用kill函数发送
        本质: 相当于 kill  pid
        产生结果: 当前进程会收到信号,而其子进程不会收到.如果当前进程被kill(即收到SIGTERM),则其子进程的父进程将为init,即pid为1的进程。与SIGKILL的不同，SIGTERM可以被阻塞,忽略,捕获,也就是说可以进行信号处理程序,那么这样就可以让进程很好的终止,允许清理和关闭文件。

（3）SIGKILL
        产生方式: 和任何控制字符无关,用kill函数发送
        本质: 相当于kill -9 pid
        产生结果: 当前进程收到该信号,注意该信号是无法被捕获的,也就是说进程无法执行信号处理程序,会直接发送默认行为,也就是直接退出。这也就是为什么kill -9 pid一定能杀死程序的原因。 故这也造成了进程被结束前无法清理或者关闭资源等行为。

二、进程对信号的处理

        Linux下有signal（）和sigaction（）两种信号安装的函数，让我们分别来看看：

1、signal（）函数

函数原型如下：

#include    <signal.h>

 

typedef void (*sighandler_t)(int);

sighandler_t   signal(int   signum, sighandler_t   handler);

函数描述：

        signal函数用来在进程中指定当一个信号到达进程后该做什么处理，信号处理函数的handler有两个默认值，分别是SIG_IGN表示忽略行为和SIG_DFL表示默认行为。而且signal函数是阻塞的，比如当进程正在执行SIGUSR1信号的处理函数，此时又来一个SIGUSR1信号，signal会等到当前信号处理函数处理完后才继续处理后来的SIGUSR1。

2、sigaction（）函数

函数原型如下：

#include    <signal.h>

 

int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact)；

 

stuct sigaction
{
      void (*)(int) sa_handle;        //信号处理函数
      sigset_t sa_mask;                //信号屏蔽集
      int sa_flags;
}

参数说明：

（1）第一个参数 signum：信号值。

（2）第二个参数act：信号的处理参数。

（3）第三个参数oldact：保存信号上次安装时的处理参数。

补充：

（1）信号阻塞：和signal函数类似，当正处于某个信号的处理函数中时，这个信号再次到达会被阻塞，待信号处理函数完成之后再处理。

（2）sa_mask：信号屏蔽集，所谓屏蔽并不是忽略，屏蔽的时间段是在信号处理函数执行期间，一旦处理函数执行完毕将会重新唤醒此信号。

（3）sa_flag：通常取值为0，则表示默认行为。

3、代码演示

        上面已经讲解了signal（）和sigaction（）两个函数的用法，接下来我们用一个代码来实际操作一下吧！

代码如下：

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

int             g_signal = 0;

void signal_stop(int signum)
{

        if( SIGTERM == signum )
        {
                printf("SIGTERM signal detected\n");
        }
        else if( SIGALRM == signum )
        {
                printf("SIGALRM signal detected\n");
                g_signal = 1;
        }

}

void signal_user(int signum)
{

        if( SIGUSR1 == signum )
        {
                printf("SIGUSR1 signal detected\n");
        }
        else if( SIGUSR2 == signum )
        {
                printf("SIGUSR2 signal detected\n");
        }
        g_signal = 1;
}

void signal_code(int signum)
{

        if( SIGBUS == signum )
        {
                printf("SIGBUS signal detected\n");
        }
        else if( SIGILL == signum )
        {
                printf("SIGILL signal detected\n");
        }
        else if( SIGSEGV == signum )
        {
                printf("SIGSEGV signal detected\n");
        }
        exit(-1);

}

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

        char                    *ptr = NULL;
        struct sigaction        sigact,sigign;

        /*Use signal() install signal*/
        signal(SIGTERM,signal_stop);
        signal(SIGALRM,signal_stop);

        signal(SIGBUS,signal_code);
        signal(SIGILL,signal_code);
        signal(SIGSEGV,signal_code);

        /*Use sigaction() install signal*/
/*Initialize the catch signal structure.*/
        sigemptyset( &sigact.sa_mask );
        sigact.sa_flags = 0;
        sigact.sa_handler = signal_user;

        /*Setup the ignore signal*/
        sigemptyset( &sigign.sa_mask );
        sigign.sa_flags = 0;
        sigign.sa_handler = SIG_IGN;

        sigaction(SIGINT,&sigign,0);            /*ignore SIGINT signal by CTRL+C*/

        sigaction(SIGUSR1,&sigact,0);   /*catch SIGUSR1*/
        sigaction(SIGUSR2,&sigact,0);   /*catch SIGUSR2*/

        printf("Program start running for 20 seconds...\n");
        alarm(20);

        while( !g_signal )
        {
                ;
        }

        printf("Program start stop running...\n");

        printf("Invalid pointer operator will raise SIGSEGV signal\n");
        *ptr = 'h';    

        return 0;

}

4、运行结果

        大家是否理解这个运行结果呢？如图可以看出，进程一共接受到了两种信号，分别是SIGALRM和SIGSEGV。为什么呢？接收到SIGALRM是因为我们在程序中调用了alarm（）函数；接收到SIGSEGV是因为代码最下面我们用了*ptr = 'h'，而这条语句是一个指针错误。

        大家应该注意到代码中有一行是sigaction(SIGINT,&sigign,0);并且sigign.sa_handler = SIG_IGN;这就代表着键盘CTRL+c输入的SIGINT信号会被忽略掉，那我们实际操作一下，看看是不是如我们所想呢？

        正如我们所想，键盘CTRL+c输入的SIGINT信号因为已经被忽略掉，所以不能在终止进程了。

三、实战演练

题目：

        我们知道，父进程在创建子进程之后，究竟是父进程还是子进程先运行没有规定，这由操作系统的进程调度策略决定，而如果在某些情况下我们需要确保父子进程运行的先后顺序，则可以使用信号来实现进程间的同步。

        要求：写一个程序，实现父子进程之间使用信号进行同步。如果父进程先执行则进入到循环休眠等待状态，直到子进程给他发送信号之后才能跳出循环继续运行，确保子进程先执行它的任务。同样，子进程在执行完毕之后，就等待父进程给他发送信号之后才能退出，而父进程则通过调用wait（）系统调用等待子进程退出后，父进程再退出。

参考代码如下：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <errno.h>

int     g_child_stop = 0;
int     g_parent_run = 0;

void sig_child(int signum)
{
        if(SIGUSR1 == signum)
        {
                g_child_stop = 1;
        }
}

void sig_parent(int signum)
{
        if(SIGUSR2 == signum)
        {
                g_parent_run = 1;
        }
}

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

        int             pid;
        int             status;

        signal(SIGUSR1,sig_child);
        signal(SIGUSR2,sig_parent);

        if((pid=fork()) < 0)
        {
                printf("Create child process failure:%s\n",strerror(errno));
                return -1;
        }

        else if(pid == 0)
        {
                /*Child process can do something first here.*/
                printf("Child process start runing!\n");

                /*when child process have done,then tell parent process to start running*/
                printf("Child process send parent a signal to tell parent process to run!\n");
                kill(getppid(),SIGUSR2);

                /*Waiting the stopping signal sent by parent process*/
                while( !g_child_stop )
                {
                        sleep(1);
                }

                /*Child process have received the stopping signal*/
                printf("child process receive signal from parent and exit now!\n");
                return 0;

        }

        /*Only parent process run the codes beneath*/
        /*Parents hangs up until receive signal from child*/
        while( !g_parent_run )
        {
                sleep(1);
        }
        /*Parent process have received the running signal from child process*/
        /*Parent process can do something here*/
        printf("Parent start running now!\n");

        /*Parent process send a signal to tell child process to exit*/
        kill(pid,SIGUSR1);

        /*parent wait child process exit*/
        wait(&status);
        printf("Parent wait child process die and exit now!\n");

        return 0;

}

运行结果如下：

 四、补充

最后，针对上文提到的一些知识，进行一些简单的补充：

1、alarm（）函数

函数原型如下：

unsigned int alarm(unsigned int seconds)

（1）功能： 

        在进程中设置一个定时器，在seconds秒之后，将会发送SIGALRM信号给当前的进程，故而alarm函数也被称为闹钟函数。（如果在seconds秒内再次调用了alarm函数设置了新的闹钟，那么之前设置的秒数将会被新的闹钟时间所取代）

（2）参数：

        定时时间，单位为秒。

（3）返回值：

        如果该alarm函数是进程中第一次调用，则返回0，如果不是第一次调用，则返回上一次调用alarm函数剩余的时间。

2、wait（）函数

函数原型如下：

#include  <sys/types.h>
#include  <wait.h>

 int wait(int * status)

（1）函数功能:

         父进程一旦调用wait函数就立即开始阻塞，然后wait会分析当前进程的某个子进程是否已经退出，如果让它找到了这样一个退出的子进程，wait就会收集这个子进程的信息，并把它彻底销毁后返回，如果没有找到，就一直阻塞，直至找到一个结束的子进程或接收到了一个指定的信号为止。

【注意：  当父进程忘记调用wait()等待已终止的子进程，子进程就会进入一种没有父进程的状态，此时子进程就是zombie（僵尸）进程。】

（2）参数status：

        用来保存被收集进程退出时的状态，它是一个指向int类型的指针，如果我们对这个子进程如何死掉的不在意，只想这把这个被僵尸进程消灭掉，就把这个参数置为NULL。如果status的值不是NULL，wait把子进程的退出状态取出并存入其中，这是一个整数值（int）。

3、僵尸进程和孤儿进程

（1）孤儿进程：

        父进程先于子进程结束，当父进程退出时，系统会让pid为1的进程接管子进程。所以孤儿进程的pid都是1 。

（2）僵尸进程：

        子进程先于父进程结束，子进程成了僵尸（zombie）进程，并且子进程会一直保持这样的状态直至重启，此时内核只会保留进程的一些必要信息以备父进程所需，此时子进程始终占有资源，同时也减少了系统可以创建的最大进程数。

本篇文章用到了许多进程的知识，如果大家对进程不是很了解，可以看一下这篇文章《APUE学习之多进程编程》。我会坚持使用博客来整理自己所学知识，同时也希望能够帮助到大家，如果有哪些错误或者疑问，也欢迎大家在评论区一起讨论！

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