进程通信3-信号
1. 信号的概念
信号是 Linux 进程间通信的最古老的方式之一，是事件发生时对进程的通知机制，有时也
称之为软件中断，它是在软件层次上对中断机制的一种模拟，是一种异步通信的方式。信号
可以导致一个正在运行的进程被另一个正在运行的异步进程中断，转而处理某一个突发事件。
发往进程的诸多信号，通常都是源于内核。引发内核为进程产生信号的各类事件如下：
1. 对于前台进程，用户可以通过输入特殊的终端字符来给它发送信号。比如输入Ctrl+C
通常会给进程发送一个中断信号。
2. 硬件发生异常，即硬件检测到一个错误条件并通知内核，随即再由内核发送相应信号给
相关进程。比如执行一条异常的机器语言指令，诸如被 0 除，或者引用了无法访问的
内存区域。
3. 系统状态变化，比如 alarm 定时器到期将引起 SIGALRM 信号，进程执行的 CPU
时间超限，或者该进程的某个子进程退出。
4. 运行 kill 命令或调用 kill 函数。
使用信号的两个主要目的是：
- 让进程知道已经发生了一个特定的事情。
- 强迫进程执行它自己代码中的信号处理程序。
信号的特点：
- 简单
- 不能携带大量信息
- 满足某个特定条件才发送
- 优先级比较高
查看系统定义的信号列表：kill –l
前 31 个信号为常规信号，其余为实时信号。
查看信号的详细信息：man 7 signal
◼ 信号的 5 中默认处理动作
- Term 终止进程
- Ign 当前进程忽略掉这个信号
- Core 终止进程，并生成一个Core文件
- Stop 暂停当前进程
- Cont 继续执行当前被暂停的进程
信号的几种状态：产生、未决、递达
SIGKILL 和 SIGSTOP 信号不能被捕捉、阻塞或者忽略，只能执行默认动作。
2. 信号的相关函数
2.1 kill raise abort
int kill(pid_t pid, int sig);
功能： 给任何的进程或者进程组， 发送某个信号 sig
参数：
-pid: 需要发送给的进程的id
>0: 将信号发送给指定的进程
=0：将信号发送给当前的进程组
=-1： 将信号发送给每一个有权限接受这个信号的进程
<-1: 这个pid就等于某个进程组的ID取反
-sig: 需要发送的信号的编号或者是宏值， 建议使用宏值，因为不同的架构下的编号可能不一样
=0： 表示不发送信号
kill(getppid(), 9);
int raise(int sig);
功能： 给当前进程发送信号
参数：
-sig 要发送的信号
返回值： 成功0 失败非0
相当于 kill(getpid(), sig);
void abort(void);
功能： 发送SIGABRT信号给当前进程，杀死当前的进程
相当于 kill(getpid(), SIGABRT);
2.2 alarm setitimer
#include <unistd.h>
unsigned int alarm(unsigned int seconds);
功能： 设置定时器。函数调用开始倒计时，当倒计时为0的时候，函数会给当前的进程发送一个信号 SIGALARM
参数：
seconds 倒计时的时长，单位秒； 如果参数为0，定时器无效
若取消定时器，也是将参数设置为0
返回值：之前没有定时器，返回0
之前有定时器返回之前的定时器剩余的时间
-SIGALARM: 默认终止当前的进程，每一个进程都有且只有唯一的一个定时器（调用一个alarm后前面的alarm就失效了,剩余的时间会更新）
alarm(100) 该函数是不阻塞的
#include <sys/time.h>
int setitimer(int which, const struct itimerval *new_value,
struct itimerval *old_value);
功能：设置定时器，可以替代alarm函数。精度微妙， 可以实现周期性的定时
参数：
-which: 定时器以什么时间计时
ITIMER_REAL：真实时间，时间到达，发送SIGALRM 常用
ITIMER_VIRTUAL: 用户时间，时间达到，发送SIGVTALRM
ITIMER_PROF: 以该进程在用户态和内核态下所消耗的时间来计算，时间到达，发送SIGPROF 【和alarm共享同一个定时器】
-*new_value: 设置定时器的属性
struct itimerval { //定时器的结构体
struct timeval it_interval; // Interval for periodic timer每个阶段的时间，多长时间触发1次
struct timeval it_value; // Time until next expiration 延迟多长时间执行定时器
};
struct timeval { // 时间的结构体
time_t tv_sec; // seconds 秒
suseconds_t tv_usec; // microseconds 微妙
};
过10秒后，每隔2秒定时一次 it_value=10 it_interval=2
-old_value: 记录上一次定时的时间参数， 一般不使用 NULL
返回值： 成功 失败-1
2.3 signal sigaction
#include <signal.h>
typedef void (*sighandler_t)(int);
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
功能： 设置某个信号的捕捉行为， 捕捉一个信号
参数：
-signum: 要捕捉的信号
-handler: 捕捉到信号要如何处理
SIG_IGN: 忽略信号
SIG_DFL：使用信号默认的行为
回调函数：这个函数是内核调用，程序员只负责写，捕捉到信号后如何去处理信号
回调函数： 【一般也用在框架当中】
- 需要程序员实现，提前准备好的，函数的类型根据实际需求，看函数指针的定义
- 不是程序员调用，而是当信号产生，由内核调用
- 函数指针是实现回调的手段，函数实现之后，将函数名放到函数指针的位置就可以了
返回值： 成功返回上一次注册的信号处理函数的地址，第一次调用返回NULL
失败 返回SIG_ERR，设置错误号
SIGKILL和SIGSTOP不能被捕捉，不能被忽略
#include <signal.h>
int sigaction(int signum, const struct sigaction *act,
struct sigaction *oldact);
功能： 检查或改变信号的处理，信号捕捉
参数：
- signum：需要捕捉的信号的编号或宏值（信号的名称）
- act: 捕捉到信号之后的处理动作
- oldact: 上一次对信号捕捉相关的设置，一般不使用，传递NULL
返回值： 成功0 失败-1
struct sigaction {
// 函数指针，指向的函数就是信号捕捉到之后的处理函数
void (*sa_handler)(int);
// 不常用
void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);
// 临时阻塞信号集，在信号捕捉函数执行过程中，临时阻塞某些信号
// sa_mask是一个信号集，当接收到某个信号，并且调用sa_handler函数对信号处理之前，把该信号集里面的信号加入到进程的信号屏蔽字当中，当sa_handler函数执行完之后，这个信号集中的信号又会从进程的信号屏蔽字中移除
sigset_t sa_mask;
// 使用哪一个信号处理函数对捕捉到的信号进行处理
// 这个值可以是0，表示sa_handler，也可以是SA_SIGINFO,表示使用第二个sa_sigaction
int sa_flags;
// 被废弃掉 设置成NULL就可以
void (*sa_restorer)(void);
};
3. 信号集
许多信号相关的系统调用都需要能表示一组不同的信号，多个信号可使用一个称之为
信号集的数据结构来表示，其系统数据类型为 sigset_t。
在 PCB 中有两个非常重要的信号集。一个称之为 “阻塞信号集” ，另一个称之为
“未决信号集” 。这两个信号集都是内核使用位图机制来实现的。但操作系统不允许我
们直接对这两个信号集进行位操作。而需自定义另外一个集合，借助信号集操作函数
来对 PCB 中的这两个信号集进行修改。
信号的 “未决” 是一种状态，指的是从信号的产生到信号被处理前的这一段时间。
信号的 “阻塞” 是一个开关动作，指的是阻止信号被处理，但不是阻止信号产生。
信号的阻塞就是让系统暂时保留信号留待以后发送。由于另外有办法让系统忽略信号，所以一般情况下信号的阻塞只是暂时的，只是为了防止信号打断敏感的操作。
信号集相关函数
信号集相关函数
以下信号集相关函数都是对自定义的信号集进行操作
介绍了怎么去定义自己的信号集，这个信号集是没有实际用处的，因为还没有交给内核。交给内核的函数在下一节课程。交给内核后才会起作用
int sigemptyset(sigset_t *set);
功能： 清空信号集中的数据，将信号集中所有的标志位置为0
参数： set 传出参数 需要操作的信号集
返回值： 成功0 失败-1
int sigfillset(sigset_t *set);
功能： 将信号集中所有的标志位置为1
参数： set 传出参数 需要操作的信号集
返回值： 成功0 失败-1
int sigaddset(sigset_t *set, int signum);
功能：设置信号集中的某一个信号的对应标志位为1，表示阻塞这个信号
参数： set 传出参数 需要操作的信号集
signum: 需要设置阻塞的那个信号
返回值： 成功0 失败-1
int sigdelset(sigset_t *set, int signum);
功能：设置信号集中的某一个信号的对应标志位为0，表示不阻塞这个信号
参数： set 传出参数 需要操作的信号集
signum: 需要设置阻塞的那个信号
返回值： 成功0 失败-1
int sigismember(const sigset_t *set, int signum);
功能： 判断某个信号是否阻塞
参数：
-set: 需要操作的信号集
signum: 需要判断的信号
返回值： 1表示signum被阻塞， 0表示不阻塞 -1调用失败
sigset以及上一讲中的那些函数是泛化的信号集的概念，既可以表示阻塞集也可以表示未决集，
sigaddset、sigdelset、sigismember等这些函数只是去操作某个信号集，
而这个信号集的含义是人为设定的。这一讲提到的sigprocmask和sigpending才是分别针对阻塞集和未决集的。
int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset);
功能： 将自定义信号集中的数据设置到内核中(设置阻塞，解除阻塞，替换) 设置阻塞信号集
参数：
-how: 如何对内核阻塞信号集进行处理
SIG_BLOCK：将用户设置的阻塞信号集添加到内核中，内核中原来的数据不变
假设内核中默认的阻塞信号集是mask mask|set
SIG_UNBLOCK 根据用户设置的数据，对内核中的数据进行解除阻塞 （自定义的信号集也是1）
mask &= ~set
SIG_SETMASK: 覆盖内核中原来的值
-set: 已经初始化好的用户自定义的信号集
-oldset: 保存设置之前的内核中的阻塞信号集的状态，可以设置成NULL
返回值： 成功0 失败-1并设置错误号（EFAULT, EINVAL）
int sigpending(sigset_t *set);
功能： 用来获取内核中的未决信号集
参数： set传出参数，保存内核中的未决信号集中的信息
返回值： 成功0 失败-1并设置错误号
sigset以及上一讲中的那些函数是泛化的信号集的概念，既可以表示阻塞集也可以表示未决集，
sigaddset、sigdelset、sigismember等这些函数只是去操作某个信号集，
而这个信号集的含义是人为设定的。这一讲提到的sigprocmask和sigpending才是分别针对阻塞集和未决集的。
4.SIGCHLD
SIGCHLD信号产生的条件
- 子进程终止时
- 子进程接收到 SIGSTOP 信号停止时
- 子进程处在停止态，接受到SIGCONT后唤醒时
以上三种条件都会给父进程发送 SIGCHLD 信号，父进程默认会忽略该信号
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