進(jìn)程間通信之使用信號詳解

8.3 信號
　　8.3.1 信號概述
　　信號是UNIX中所使用的進(jìn)程通信的一種最古老的方法。它是在軟件層次上對中斷機制的一種模擬，是一種異步通信方式。信號可以直接進(jìn)行用戶空間進(jìn)程和內(nèi)核進(jìn)程之間的交互，內(nèi)核進(jìn)程也可以利用它來通知用戶空間進(jìn)程發(fā)生了哪些系統(tǒng)事件。它可以在任何時候發(fā)給某一進(jìn)程，而無需知道該進(jìn)程的狀態(tài)。如果該進(jìn)程當(dāng)前并未處于執(zhí)行態(tài)，則該信號就由內(nèi)核保存起來，直到該進(jìn)程恢復(fù)執(zhí)行再傳遞給它為止；如果一個信號被進(jìn)程設(shè)置為阻塞，則該信號的傳遞被延遲，直到其阻塞被取消時才被傳遞給進(jìn)程。
　　在第2章kill命令中曾講解到“?l”選項，這個選項可以列出該系統(tǒng)所支持的所有信號的列表。在筆者的系統(tǒng)中，信號值在32之前的則有不同的名稱，而信號值在32以后的都是用“SIGRTMIN”或“SIGRTMAX”開頭的，這就是兩類典型的信號。前者是從UNIX系統(tǒng)中繼承下來的信號，為不可靠信號（也稱為非實時信號）；后者是為了解決前面“不可靠信號”的問題而進(jìn)行了更改和擴充的信號，稱為“可靠信號”（也稱為實時信號）。那么為什么之前的信號不可靠呢？這里首先要介紹一下信號的生命周期。
　　一個完整的信號生命周期可以分為3個重要階段，這3個階段由4個重要事件來刻畫的：信號產(chǎn)生、信號在進(jìn)程中注冊、信號在進(jìn)程中注銷、執(zhí)行信號處理函數(shù)，如圖8.6所示。相鄰兩個事件的時間間隔構(gòu)成信號生命周期的一個階段。要注意這里的信號處理有多種方式，一般是由內(nèi)核完成的，當(dāng)然也可以由用戶進(jìn)程來完成，故在此沒有明確畫出。
　　
　　圖8.6 信號生命周期
　　一個不可靠信號的處理過程是這樣的：如果發(fā)現(xiàn)該信號已經(jīng)在進(jìn)程中注冊，那么就忽略該信號。因此，若前一個信號還未注銷又產(chǎn)生了相同的信號就會產(chǎn)生信號丟失。而當(dāng)可靠信號發(fā)送給一個進(jìn)程時，不管該信號是否已經(jīng)在進(jìn)程中注冊，都會被再注冊一次，因此信號就不會丟失。所有可靠信號都支持排隊，而所有不可靠信號都不支持排隊。
　　注意這里信號的產(chǎn)生、注冊和注銷等是指信號的內(nèi)部實現(xiàn)機制，而不是調(diào)用信號的函數(shù)實現(xiàn)。因此，信號注冊與否，與本節(jié)后面講到的發(fā)送信號函數(shù)（如kill（）等）以及信號安裝函數(shù)（如signal（）等）無關(guān)，只與信號值有關(guān)。
　　用戶進(jìn)程對信號的響應(yīng)可以有3種方式。
　　n 忽略信號，即對信號不做任何處理，但是有兩個信號不能忽略，即SIGKILL及SIGSTOP。
　　n 捕捉信號，定義信號處理函數(shù)，當(dāng)信號發(fā)生時，執(zhí)行相應(yīng)的自定義處理函數(shù)。
　　n 執(zhí)行缺省操作，Linux對每種信號都規(guī)定了默認(rèn)操作。
　　Linux中的大多數(shù)信號是提供給內(nèi)核的，表8.6列出了Linux中最為常見信號的含義及其默認(rèn)操作。
　　表8.6 常見信號的含義及其默認(rèn)操作
　　信 號 名含 義默 認(rèn) 操 作
　　SIGHUP該信號在用戶終端連接（正?；蚍钦＃┙Y(jié)束時發(fā)出，通常是在終端的控制進(jìn)程結(jié)束時，通知同一會話內(nèi)的各個作業(yè)與控制終端不再關(guān)聯(lián)終止
　　SIGINT該信號在用戶鍵入INTR字符（通常是Ctrl-C）時發(fā)出，終端驅(qū)動程序發(fā)送此信號并送到前臺進(jìn)程中的每一個進(jìn)程終止
　　SIGQUIT該信號和SIGINT類似，但由QUIT字符（通常是Ctrl-\）來控制終止
　　SIGILL該信號在一個進(jìn)程企圖執(zhí)行一條非法指令時（可執(zhí)行文件本身出現(xiàn)錯誤，或者試圖執(zhí)行數(shù)據(jù)段、堆棧溢出時）發(fā)出終止
　　SIGFPE該信號在發(fā)生致命的算術(shù)運算錯誤時發(fā)出。這里不僅包括浮點運算錯誤，還包括溢出及除數(shù)為0等其他所有的算術(shù)錯誤終止
　　SIGKILL該信號用來立即結(jié)束程序的運行，并且不能被阻塞、處理或忽略終止
　　SIGALRM該信號當(dāng)一個定時器到時的時候發(fā)出終止
　　SIGSTOP該信號用于暫停一個進(jìn)程，且不能被阻塞、處理或忽略暫停進(jìn)程
　　SIGTSTP該信號用于交互停止進(jìn)程，用戶鍵入SUSP字符時（通常是Ctrl+Z）發(fā)出這個信號停止進(jìn)程
　　SIGCHLD子進(jìn)程改變狀態(tài)時，父進(jìn)程會收到這個信號忽略
　　SIGABORT進(jìn)程異常終止時發(fā)出
　　8.3.2 信號發(fā)送與捕捉
　　發(fā)送信號的函數(shù)主要有kill（）、raise（）、alarm（）以及pause（），下面就依次對其進(jìn)行介紹。
　　1．kill（）和raise（）
　　（1）函數(shù)說明。
　　kill（）函數(shù)同讀者熟知的kill系統(tǒng)命令一樣，可以發(fā)送信號給進(jìn)程或進(jìn)程組（實際上，kill系統(tǒng)命令只是kill（）函數(shù)的一個用戶接口）。這里需要注意的是，它不僅可以中止進(jìn)程（實際上發(fā)出SIGKILL信號），也可以向進(jìn)程發(fā)送其他信號。
　　與kill（）函數(shù)所不同的是，raise（）函數(shù)允許進(jìn)程向自身發(fā)送信號。
　　（2）函數(shù)格式。
　　表8.7列出了kill（）函數(shù)的語法要點。
　　表8.7 kill（）函數(shù)語法要點
　　所需頭文件#include 《signal.h》
　　#include 《sys/types.h》
　　函數(shù)原型int kill（pid_t pid， int sig）
　　函數(shù)傳入值pid：正數(shù)：要發(fā)送信號的進(jìn)程號
　　0：信號被發(fā)送到所有和當(dāng)前進(jìn)程在同一個進(jìn)程組的進(jìn)程
　　-1：信號發(fā)給所有的進(jìn)程表中的進(jìn)程（除了進(jìn)程號最大的進(jìn)程外）
　　《-1：信號發(fā)送給進(jìn)程組號為-pid的每一個進(jìn)程
　　sig：信號
　　函數(shù)返回值成功：0
　　出錯：-1
　　表8.8列出了raise（）函數(shù)的語法要點。
　　表8.8 raise（）函數(shù)語法要點
　　所需頭文件#include 《signal.h》
　　#include 《sys/types.h》
　　函數(shù)原型int raise（int sig）
　　函數(shù)傳入值sig：信號
　　函數(shù)返回值成功：0
　　出錯：-1