嵌入式Linux系统编程 — 6.7 实时信号

1 什么是实时信号

2 sigqueue函数

3 sigpending()函数

1 什么是实时信号

等待信号集只是一个掩码，它并不追踪信号的发生次数。这意味着，如果相同的信号在被阻塞的状态下多次产生，它只会在信号集中被记录一次，并且在信号集被检查时仅被视为一个事件。这是标准信号的缺点之一。

与标准信号不同，实时信号可以排队，如果同一个实时信号多次发送给同一个进程，它们将被排队处理，而不是像标准信号那样只能触发一次。实时信号较之于标准信号，其优势如下：

可排队：实时信号可以排队等待处理，如果一个信号多次到达，它只会被处理一次，除非它被显式地从队列中移除并重新发送。
优先级队列：实时信号具有与信号相关联的默认实时优先级。如果一个实时信号被发送，它将按照其优先级顺序处理，这有助于确保高优先级的信号能够及时被处理。
应用定义的处理：实时信号可以有应用程序定义的处理函数，类似于传统信号，但是它们可以安全地使用在多线程环境中。
不干扰传统信号：实时信号与标准信号（如 SIGKILL 和 SIGSTOP）分开处理，因此不会受到这些信号的影响。

Linux 内核定义了 31 个不同的实时信号，信号编号范围为 34~64，使用 SIGRTMIN 表示编号最小的实时信号，使用 SIGRTMAX 表示编号最大的实时信号，其它信号编号可使用这两个宏加上一个整数或减去一个整数。

应用程序当中使用实时信号，需要有以下的两点要求：

发送进程使用 sigqueue()系统调用向另一个进程发送实时信号以及伴随数据。
接收实时信号的进程要为该信号建立一个信号处理函数，使用sigaction函数为信号建立处理函数，并加入 SA_SIGINFO，这样信号处理函数才能够接收到实时信号以及伴随数据，也就是要使用sa_sigaction 指针指向的处理函数，而不是 sa_handler，当然允许应用程序使用 sa_handler，但这样就不能获取到实时信号的伴随数据了。

2 sigqueue函数

sigqueue() 函数是用于发送实时信号给指定进程的 POSIX 函数。实时信号是 POSIX 1003.1b 标准的一部分，它们允许发送者指定信号的属性，如信号值和与之关联的数据。函数原型如下：

#include <signal.h>

int sigqueue(pid_t pid, int sig, const union sigval value);

pid：接收信号的进程的进程 ID。如果 pid 为负值，信号将发送给指定会话中的所有进程。
signum：要发送的信号的编号。它应该是 SIGRTMIN 到 SIGRTMAX 之间的值，表示一个实时信号。
value：参数 value 指定了信号的伴随数据， union sigval 数据类型。
返回值：成功时返回 0，失败时返回 -1，并设置 errno 以指示错误。

union sigval 数据类型（共用体）如下所示：

typedef union sigval
{
    int sival_int;
    void *sival_ptr;
} sigval_t;

下面的示例代码是一个基本的父子进程通信程序，其中父进程使用 sigqueue 函数向子进程发送一个信号和附加数据。

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

int main() 
{
    pid_t pid = fork(); // 创建子进程

    if (pid == -1) {
        perror("fork failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if (pid == 0) {
        // 子进程
        printf("Child process is waiting for signal...\n");
        pause(); // 子进程挂起，等待信号
        exit(EXIT_FAILURE); // 确保子进程在接收信号前不会退出
    } else {
        // 父进程
        printf("Parent process is sending signal to child...\n");
        sleep(2); // 让子进程先打印等待信息

        // 声明sigval变量并初始化
        union sigval value;
        value.sival_ptr = "Hello from parent!"; // 设置信号值

        if (sigqueue(pid, SIGUSR1, value) == -1) {
            perror("sigqueue failed");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
        printf("Signal sent successfully.\n");

        int status;
        waitpid(pid, &status, 0); // 等待子进程结束
        if (WIFEXITED(status)) {
            printf("Child exited with status %d\n", WEXITSTATUS(status));
        }
    }

    return 0;
}

在这段代码中，父进程首先创建了一个子进程，然后子进程调用 pause 进入等待状态，直到接收到信号。父进程在稍作延时后使用 sigqueue 发送 SIGUSR1 信号给子进程，并附带一个 sigval 类型的联合体，其中 sival_ptr 成员指向一个字符串 "Hello from parent!"。如果 sigqueue 调用成功，父进程将打印一条成功消息，并等待子进程结束。父进程随后检查子进程的退出状态，并打印出来。

3 sigpending()函数

sigpending 函数用于查询系统中挂起（pending）的信号集，挂起的信号是指那些已经发送给进程，但尚未被进程处理的信号。函数原型如下：

#include <signal.h> 

int sigpending(set_t *set);

set_t：处于等待状态的信号会存放在参数 set 所指向的信号集中。

下面是一个简单的使用 sigpending 函数的示例：

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

int main() 
{
    sigset_t pending_set;

    // 检查错误
    if (sigpending(&pending_set) == -1) {
        perror("sigpending failed");
        return 1;
    }

    // 检查特定信号是否挂起
    if (sigismember(&pending_set, SIGINT)) {
        printf("SIGINT is pending.\n");
    } else {
        printf("SIGINT is not pending.\n");
    }

    return 0;
}

在这个示例中，程序首先调用 sigpending 来获取当前挂起的信号集，然后使用 sigismember 函数检查 SIGINT是否在挂起信号集中。如果 SIGINT 信号挂起，程序将打印相应的消息。如果 sigpending 调用失败，程序将打印错误信息并返回。