第5章锁与进程间通信（3）

5.4 其他IPC机制

5.4.1 信号

5.4.2 管道和套接字

5.5 小结

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5.4 其他IPC机制

5.4.1 信号

kill命令：

作用：发送指定信号。

信号分为：

传统32个信号。

用于实时进程的RT新信号。

进程可屏蔽（阻塞）指定信号。

信号被屏蔽后，内核将信号放在待决列表上。而相同信号只会往待决列表放置一次。

所以不管发送了多少个相同信号，进程解除阻塞后，都只会收到一个信号。

进程无法阻塞SIGKILL信号。

但init进程是特例。init进程会忽略收到的SIGKILL信号。

因为init进程不能结束。

实现信号处理程序

struct sigaction {

void (*sa_handler)(int); //传统信号的处理函数。

void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *); //扩展信号的处理函数。

sigset_t sa_mask; //屏蔽的信号集合。

int sa_flags; //信号处理行为标志，如SA_RESTART等。

};

sa_handler和sa_sigaction使用场景的区别：

1. sa_handler：

不需要获取信号的额外信息，处理简单。只有一个参数(信号编号)。

2. sa_sigaction：

需要获取信号的详细信息。如发送信号的进程PID，信号产生原因等。

1. sa_handler编程举例：

int main() {

struct sigaction sa;

sa.sa_handler = signal_handler;

sigemptyset( &sa.sa_mask );

//sa.sa_mask：用于指定要屏蔽的信号集合。

//此处清空，表示不屏蔽任何信号。

sigaddset(&sa.sa_mask, SIGUSR1); //屏蔽SIGUSR1信号。

sigaction(SIGINT, &sa, NULL) ；

}

void signal_handler(int sig)

{

...

}

2. sa_handler编程举例：

int main() {

struct sigaction sa;

sa.sa_sigaction = signal_handler;

sigemptyset( &sa.sa_mask );

sa.sa_flags = SA_SIGINFO | SA_RESTART;

sigaction(SIGSEGV, &sa, NULL);

}

void signal_handler(int signum, siginfo_t *info, void *uctx)

{

}

函数参数：

1. signum：信号编号。

2. siginfo_t *：信号详细信息。内部包含：

si_code：信号产生的原因。

si_pid：发送信号的进程ID。

si_uid：发送信号的用户ID。

si_addr：某些信号（如SIGSEGV、SIGBUS），指向发生错误的内存地址。

3. *uctx：参数上下文指针。

作用：

保存信号发生时CPU寄存器状态，包括程序计数器PC、SP、通用寄存器等。

通常为传参为NULL，即不需要上下文。

struct sigaction中成员 sa_flags 典型值：

1. SA_SIGINFO：

表示使用 siginfo_t 接收更多信号信息。

此时使用struct sigaction的sa_sigaction为信号处理函数，而不是sa_handler。

2. SA_RESTART：

无SA_RESTART标志（默认）：

当系统调用被信号中断，系统调用将返回EINTR。

此时程序需要检查返回值，若为EINTR则重新执行系统调用。

有SA_RESTART标志：

当处理完中断信号后，被中断的系统调用将会自动重启。

而不返回 EINTR 错误。无需手动重新执行系统调用。

3. SA_NOCLDSTOP：

表示子进程收到暂停信号SIGSTOP时，不向父进程发送SIGCHLD信号。

（通常子进程终止（不论正常，异常）时，会向父进程发送 SIGCHLD 信号）

4. SA_NOCLDWAIT：

表示对子进程的退出状态不感兴趣，子进程终止后，其资源立即释放，不成为僵尸进程。

信号的实现

待决信号（Pending Signal）：已将信号发送给进程，但尚未被该进程处理的信号。

struct task_struct {

struct signal_struct *struct;

struct sighand_struct *sighand；

sigset_t blocked; //位掩码，表示该进程阻塞的信号。

struct sigpending pending;

unsigned long sas_ss_sp; //专用信号处理栈的基地址。

size_t sas_ss_size; //专用信号处理栈的大小。

}

成员介绍：

1. struct signal_struct *struct;

该进程的信号描述符。

包含：

信号的默认行为、信号计数器等。

通常同一进程组中的进程共享同一信号描述符。

2. struct sighand_struct *sighand

包含：

不同信号的信号处理函数。

通常父子进程会共享同一该结构，表示使用相同信号处理函数。

struct sighand_struct {

atomic_t count; //共享该结构的进程数。

struct k_sigaction action[_NSIG]; //数组，包含每个信号对应的处理函数。

}

struct k_sigaction {

struct sigaction sa;

};

sa.sa_handler = SIG_DFL; //使用该信号对应默认处理函数。

不同信号，默认的处理函数不同，默认处理函数有：

1. 忽略。

2. 结束进程。

3. 停止（设为TASK_STOPPED）。

4. coredump。

3. struct sigpending pending;

该进程待处理的信号集合（即收到的未阻塞的信号）。

当进程重新获得CPU运行时，查看该集合并处理其中信号。

struct sigpending {

struct list_head list;

//连接所有struct sigqueue实例，sigqueue包含待决信号详细信息。

sigset_t signal; //表示待决信号的位掩码。

};

struct sigqueue {

siginfo_t info; //存储待决信号的详细信息。如下

}

typedef struct siginfo {

int si_signo; //信号编号。

int si_errno; //错误编号（仅当si_code为SIGILL、SIGFPE、SIGSEGV、SIGBUS时有效）。

int si_code; //信号代码。

pid_t si_pid; //发送信号的进程ID。

uid_t si_uid; //发送信号的用户ID。

int si_status;

//子进程的退出状态（仅当si_code为SIGCHLD时有效）

clock_t si_utime;

//进程的用户CPU时间（仅当si_code为SIGCHLD时有效）

clock_t si_stime;

//进程的系统CPU时间（仅当si_code为SIGCHLD时有效）

void *si_addr;

//发生段错误的地址（仅当si_code为SIGSEGV/SIGBUS/SIGILL/SIGFPE时有效）

int si_fd;

//产生信号的文件描述符（仅当si_code为SIGIO、SIGPOLL时有效）

void *si_call_addr;

//发生硬件错误的地址（仅当si_code为SIGTRAP时有效）

int si_syscall;

//发生系统调用错误的系统调用编号（仅当si_code为SIGSYS时有效）

unsigned int si_arch;

// 发生硬件错误的CPU体系架构（仅当si_code为SIGBUS、SIGFPE、SIGILL、SIGSEGV时有效）

} siginfo_t;

通常信号处理函数使用进程的用户栈，也可用sigaltstack函数设置专用栈。

sigaltstack系统调用：

作用：

设置一个线程的备用信号栈。

使用场景：

1. 备用信号栈可处理栈溢出，如错误报告、资源释放等。

2. 确保信号处理函数不影响主调用栈或其他线程。

3. 某些信号处理函数需要大量栈空间，如SIGSEGV段错误。

信号相关系统调用

注意：不是shell命令

1. kill：

向进程组的所有进程发送一个信号。

2. sigpending：

检查是否有待决信号。

5.4.2 管道和套接字

管道：

举例：ls | grep wo

实现：使用虚拟文件系统对象。

fork/clone进程时，也将复制管道。所以父子进程可通过管道通信。

无名管道：

创建函数：

int pipe(int pipefd[2]);

使用对象：

父子进程间通信。半双工。

文件系统中没有对应无名管道文件。

使用方法：

1. pipe()。返回两个文件描述符(一个用于读，一个写)

2. fork()

3. 父进程读，子进程写（反之亦可）

有名管道：

创建函数：int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode)

使用对象：任意进程间通信。

文件系统中存在有名管道文件。

int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode)

pathname：需要创建管道文件的文件名。

mode：管道的权限。

后续可基于该pathname文件进行open(), read(), write()等实现进程间通信。