進(jìn)程間通信之使用信號(hào)詳解

8.3 信號(hào)
　　8.3.1 信號(hào)概述
　　信號(hào)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(duì)中斷機(jī)制的一種模擬，是一種異步通信方式。信號(hào)可以直接進(jìn)行用戶(hù)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(lái)通知用戶(hù)空間進(jìn)程發(fā)生了哪些系統(tǒng)事件。它可以在任何時(shí)候發(fā)給某一進(jìn)程，而無(wú)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(hào)就由內(nèi)核保存起來(lái)，直到該進(jìn)程恢復(fù)執(zhí)行再傳遞給它為止；如果一個(gè)信號(hào)被進(jìn)程設(shè)置為阻塞，則該信號(hào)的傳遞被延遲，直到其阻塞被取消時(shí)才被傳遞給進(jìn)程。
　　在第2章kill命令中曾講解到“?l”選項(xiàng)，這個(gè)選項(xiàng)可以列出該系統(tǒng)所支持的所有信號(hào)的列表。在筆者的系統(tǒng)中，信號(hào)值在32之前的則有不同的名稱(chēng)，而信號(hào)值在32以后的都是用“SIGRTMIN”或“SIGRTMAX”開(kāi)頭的，這就是兩類(lèi)典型的信號(hào)。前者是從UNIX系統(tǒng)中繼承下來(lái)的信號(hào)，為不可靠信號(hào)（也稱(chēng)為非實(shí)時(shí)信號(hào)）；后者是為了解決前面“不可靠信號(hào)”的問(wèn)題而進(jìn)行了更改和擴(kuò)充的信號(hào)，稱(chēng)為“可靠信號(hào)”（也稱(chēng)為實(shí)時(shí)信號(hào)）。那么為什么之前的信號(hào)不可靠呢？這里首先要介紹一下信號(hào)的生命周期。
　　一個(gè)完整的信號(hào)生命周期可以分為3個(gè)重要階段，這3個(gè)階段由4個(gè)重要事件來(lái)刻畫(huà)的：信號(hào)產(chǎn)生、信號(hào)在進(jìn)程中注冊(cè)、信號(hào)在進(jìn)程中注銷(xiāo)、執(zhí)行信號(hào)處理函數(shù)，如圖8.6所示。相鄰兩個(gè)事件的時(shí)間間隔構(gòu)成信號(hào)生命周期的一個(gè)階段。要注意這里的信號(hào)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(hù)進(jìn)程來(lái)完成，故在此沒(méi)有明確畫(huà)出。
　　
　　圖8.6 信號(hào)生命周期
　　一個(gè)不可靠信號(hào)的處理過(guò)程是這樣的：如果發(fā)現(xiàn)該信號(hào)已經(jīng)在進(jìn)程中注冊(cè)，那么就忽略該信號(hào)。因此，若前一個(gè)信號(hào)還未注銷(xiāo)又產(chǎn)生了相同的信號(hào)就會(huì)產(chǎn)生信號(hào)丟失。而當(dāng)可靠信號(hào)發(fā)送給一個(gè)進(jìn)程時(shí)，不管該信號(hào)是否已經(jīng)在進(jìn)程中注冊(cè)，都會(huì)被再注冊(cè)一次，因此信號(hào)就不會(huì)丟失。所有可靠信號(hào)都支持排隊(duì)，而所有不可靠信號(hào)都不支持排隊(duì)。
　　注意這里信號(hào)的產(chǎn)生、注冊(cè)和注銷(xiāo)等是指信號(hào)的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)機(jī)制，而不是調(diào)用信號(hào)的函數(shù)實(shí)現(xiàn)。因此，信號(hào)注冊(cè)與否，與本節(jié)后面講到的發(fā)送信號(hào)函數(shù)（如kill（）等）以及信號(hào)安裝函數(shù)（如signal（）等）無(wú)關(guān)，只與信號(hào)值有關(guān)。
　　用戶(hù)進(jìn)程對(duì)信號(hào)的響應(yīng)可以有3種方式。
　　n 忽略信號(hào)，即對(duì)信號(hào)不做任何處理，但是有兩個(gè)信號(hào)不能忽略，即SIGKILL及SIGSTOP。
　　n 捕捉信號(hào)，定義信號(hào)處理函數(shù)，當(dāng)信號(hào)發(fā)生時(shí)，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(duì)每種信號(hào)都規(guī)定了默認(rèn)操作。
　　Linux中的大多數(shù)信號(hào)是提供給內(nèi)核的，表8.6列出了Linux中最為常見(jiàn)信號(hào)的含義及其默認(rèn)操作。
　　表8.6 常見(jiàn)信號(hào)的含義及其默認(rèn)操作
　　信 號(hào) 名含 義默 認(rèn) 操 作
　　SIGHUP該信號(hào)在用戶(hù)終端連接（正?；蚍钦＃┙Y(jié)束時(shí)發(fā)出，通常是在終端的控制進(jìn)程結(jié)束時(shí)，通知同一會(huì)話(huà)內(nèi)的各個(gè)作業(yè)與控制終端不再關(guān)聯(lián)終止
　　SIGINT該信號(hào)在用戶(hù)鍵入INTR字符（通常是Ctrl-C）時(shí)發(fā)出，終端驅(qū)動(dòng)程序發(fā)送此信號(hào)并送到前臺(tái)進(jìn)程中的每一個(gè)進(jìn)程終止
　　SIGQUIT該信號(hào)和SIGINT類(lèi)似，但由QUIT字符（通常是Ctrl-\）來(lái)控制終止
　　SIGILL該信號(hào)在一個(gè)進(jìn)程企圖執(zhí)行一條非法指令時(shí)（可執(zhí)行文件本身出現(xiàn)錯(cuò)誤，或者試圖執(zhí)行數(shù)據(jù)段、堆棧溢出時(shí)）發(fā)出終止
　　SIGFPE該信號(hào)在發(fā)生致命的算術(shù)運(yùn)算錯(cuò)誤時(shí)發(fā)出。這里不僅包括浮點(diǎn)運(yùn)算錯(cuò)誤，還包括溢出及除數(shù)為0等其他所有的算術(shù)錯(cuò)誤終止
　　SIGKILL該信號(hào)用來(lái)立即結(jié)束程序的運(yùn)行，并且不能被阻塞、處理或忽略終止
　　SIGALRM該信號(hào)當(dāng)一個(gè)定時(shí)器到時(shí)的時(shí)候發(fā)出終止
　　SIGSTOP該信號(hào)用于暫停一個(gè)進(jìn)程，且不能被阻塞、處理或忽略暫停進(jìn)程
　　SIGTSTP該信號(hào)用于交互停止進(jìn)程，用戶(hù)鍵入SUSP字符時(shí)（通常是Ctrl+Z）發(fā)出這個(gè)信號(hào)停止進(jìn)程
　　SIGCHLD子進(jìn)程改變狀態(tài)時(shí)，父進(jìn)程會(huì)收到這個(gè)信號(hào)忽略
　　SIGABORT進(jìn)程異常終止時(shí)發(fā)出
　　8.3.2 信號(hào)發(fā)送與捕捉
　　發(fā)送信號(hào)的函數(shù)主要有kill（）、raise（）、alarm（）以及pause（），下面就依次對(duì)其進(jìn)行介紹。
　　1．kill（）和raise（）
　?。?）函數(shù)說(shuō)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(hào)給進(jìn)程或進(jìn)程組（實(shí)際上，kill系統(tǒng)命令只是kill（）函數(shù)的一個(gè)用戶(hù)接口）。這里需要注意的是，它不僅可以中止進(jìn)程（實(shí)際上發(fā)出SIGKILL信號(hào)），也可以向進(jìn)程發(fā)送其他信號(hào)。
　　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(hào)。
　?。?）函數(shù)格式。
　　表8.7列出了kill（）函數(shù)的語(yǔ)法要點(diǎn)。
　　表8.7 kill（）函數(shù)語(yǔ)法要點(diǎn)
　　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(hào)的進(jìn)程號(hào)
　　0：信號(hào)被發(fā)送到所有和當(dāng)前進(jìn)程在同一個(gè)進(jìn)程組的進(jìn)程
　　-1：信號(hào)發(fā)給所有的進(jìn)程表中的進(jìn)程（除了進(jìn)程號(hào)最大的進(jìn)程外）
　　《-1：信號(hào)發(fā)送給進(jìn)程組號(hào)為-pid的每一個(gè)進(jìn)程
　　sig：信號(hào)
　　函數(shù)返回值成功：0
　　出錯(cuò)：-1
　　表8.8列出了raise（）函數(shù)的語(yǔ)法要點(diǎn)。
　　表8.8 raise（）函數(shù)語(yǔ)法要點(diǎn)
　　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(hào)
　　函數(shù)返回值成功：0
　　出錯(cuò)：-1