Linux系统编程系列之进程间通信(IPC)-信号

一、什么是信号

信号是进程间通信的一种方式，它是异步通信的。而异步的意思就是不同步，事件的发生和处理没有协同。

二、信号的特性

Linux/Unix系统下，信号总共分成两大类，一类是最常用的标准信号，另一类是后面的引入的实时信号。一共有62个信号，前31个是标准信号，后面31个是实时信号。注意没有32,33号。

1、标准信号

（1）不排队，信号的响应会相互嵌套。

（2）如果目标进程没有及时响应，那么随后到达的相同信号将会被丢弃。

（3）每个信号都对应一个系统事件（除了SIGUSR1和SIGUSR2），当这个事件发生时，将产生这个信号。

（4）在进程的挂起信号中，进程会优先响应实时信号。

2、实时信号

（1）实时信号的响应次序按接收顺序排队。如果收到相同的信号的则不会嵌套，但是如果是不同的信号则会导致嵌套。

（2）即使相同的实时信号被同时发送多次，也不会被丢弃，而会依次按个响应。

（3）实时信号没有特殊的系统事件与之对应。

（4）实时信号在挂起队列中信号值越大，优先级越高。

三、信号的生命周期

所谓信号的生命周期，指的是信号从产生到被响应完毕的整个过程，这个过程可被描述为：

1、信号的产生

信号既可以由特定的事件产生（比如发生了内存访问异常导致产生信号SIGSEGV），也可以由用户主动发起（比如调用了kill()函数），不管是哪种方式产生的信号，其本质都是触发了内核的信号发生器，并向特定进程（即目标进程）传递的过程。

// kill()函数接口介绍
#include <sys/types.h>
#include <signal.h>

int kill(pid_t pid, int sig);

参数：
    pid: 要接收信号的进程号
    sig: 信号的编号
返回值：成功返回0， 失败返回-1.

2、信号的挂起

每个进程都保留有一个挂起信号集，所有被发送到这个进程的信号首先被放入到这个信号集（进程处于非执行状态），挂起信号集存储了进程的待处理信号，这些信号必须要等到进程被系统调度（占用CPU执行的时候），真正执行的时候才能被进一步响应。

3、信号的响应（处理）

信号的响应总共有如下四种方式：

（1）屏蔽（阻塞）：延缓对信号的响应，直到解除对该信号的屏蔽为止。

（2）捕捉：执行一个预先设置的与信号相关联的响应函数。

（3）默认：按信号默认的情况处理。

（4）忽略：直接丢弃该信号。

注意：系统中9号，19号信号是不允许被挂起或捕获的，只允许对他们进行默认处理。

四、信号的响应（处理）

1、信号的捕捉

给函数指定关联函数的接口是：

#include <signal.h>
typedef void (*sighandler_t)(int);
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

// 翻译过来就是
void (*signal(int sig, void (*func)(int)))(int);

// 函数名为：signal
// 参数为：
    int sig, 信号的编号
    void (*func)(int)， 关联的函数，函数的参数是int, 返回值是void
// 返回值：void (*)(int);

2、信号的默认处理

如果程序没有对信号做任何预先准备，那么当信号到达时，则会按照信号的默认规则进行响应，具体默认规则可使用如下命令查阅：

man 7 signal

列表中的Action 一列就是系统对信号的默认处理规则，默认规则如下：

（1）Term：中断目标进程

（2）Core：中断目标进程，且产生核心转储文件core

（3）Stop：暂停目标进程，直到收到信号SIGCONT

（4）Cont：恢复目标进程运行

（5）Ign：忽略信号

3、信号的忽略

信号的忽略就是直接将收到的信号丢弃

signal(SIGINT, SIG_IGN);

4、信号的屏蔽

屏蔽信号实际上就是暂缓对信号的响应，采用如下函数进行对信号的屏蔽

#include <signal.h>

int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset);

// 参数解析：
1、how：操作命令字，比如阻塞、解除阻塞等
    SIG_BLOCK：阻塞set中的信号（原有正在阻塞的信号保持阻塞）
    SIG_SETMASK：阻塞set中的信号（原有正在阻塞的信号自动解除）
    SIG_UNBLOCK：解除set中的信号

2、set：当前要操作的信号集
3、oldset：若为非空，则将原有阻塞信号集保留到该oldset中
注意：该函数的操作参数不是单个信号，而是信号集，
这意味着我们可以同时对多个信号设置阻塞或者解除阻塞


// 信号集操作函数组
int sigemptypset(sigset_t *set);    // 清空信号集set
int sigfillset(sigset_t *set);    // 将所有信号加入信号集set中
int sigaddset(sigset_t *set, int signum); // 将信号signum添加到信号集set中
int sigdelset(sigset_t *set, int signum); // 将信号signum从信号集set中剔除
int sigsimember(const sigset_t *set, int signum); // 测试信号signum是否在信号集set中

五、案例

1、信号的捕捉

// 信号的捕捉操作示例

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

void func(int sig)
{
    printf("call func\n");
    printf("catch signal:%d\n", sig);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    // 设置信号响应函数，捕捉34号信号，当捕获到34号信号时，执行func函数
    // 注意设置后，不会执行func函数，signal()应该尽量写在前面
    signal(34, func);   

    printf("my pid is %d\n", getpid()); // 打印本进程ID号，方便从命令行发送信号
    printf("set signal 34...\n");

    while(1)
    {
        sleep(1);
    }
    
    return 0;
}

// 信号的捕捉操作示例

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

void func(int sig)
{
    printf("call func\n");
    printf("catch signal:%d\n", sig);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    printf("my pid is %d\n", getpid()); // 打印本进程ID号，方便从命令行发送信号
    printf("set signal 34...\n");

    while(1)
    {
        sleep(1);
    }

    // 如果放在这里注册信号响应函数，也能捕捉到信号，但是会有意想不到的结果
    signal(34, func);  
    
    return 0;
}

2、信号的屏蔽

// 信号的阻塞（屏蔽）操作示例

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

void func(int sig)
{
    printf("call func\n");
    printf("catch signal %d\n", sig);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    // 注册信号响应函数
    signal(34, func);
    printf("my pid is %d\n", getpid());

    // 设置信号阻塞，阻塞34号信号
    sigset_t set;
    sigemptyset(&set);  // 清空信号集
    sigaddset(&set, 34);    // 把34信号添加到信号集中
    
    if(sigprocmask(SIG_SETMASK, &set, NULL) == -1)  // 把信号集中的所有信号设置为阻塞
    {
        perror("设置阻塞失败\n");
    }

    sleep(10);   // 10秒内不会对34号进行处理

    if(sigprocmask(SIG_UNBLOCK, &set, NULL))   // 解除信号集中的阻塞信号
    {
        perror("设置阻塞失败\n");
    }

    while(1)
    {
        sleep(1);
    }



    return 0;
}