信號 - 進程間通信教學

信號是指示事件發生的進程的通知。信號也被稱爲軟件中斷，不可預測知道它的發生，因此它也被稱爲異步事件。

信號可以用數字或名稱來指定，通常信號名稱以SIG開頭。可用的信號可以用命令kill -l(l列出信號名稱)來檢查，如下所示 -

無論何時發出信號(以編程方式或系統產生的信號)，都會執行默認操作。如果您不想執行默認操作但希望在接收信號時執行自己的操作。可以處理信號，但不能處理所有的信號。如果你想忽略信號，這是可能的嗎？這是可以忽略信號。忽略信號意味着既不執行默認操作也不處理信號。可以忽略或處理幾乎所有的信號。 SIGSTOP和SIGKILL不能被忽略或處理/捕獲的信號。

總之，對信號執行的操作如下 -

默認操作
處理信號
忽略信號

正如所討論的，信號可以被處理，改變默認行爲的執行。信號處理可以通過系統調用，signal()和sigaction()兩種方式完成。

#include <signal.h>

typedef void (*sighandler_t) (int);
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

系統調用signal()將在符號中提到的信號產生時調用註冊的處理程序。處理程序可以是SIG_IGN(忽略信號)，SIG_DFL(將信號設置回默認機制)或用戶定義的信號處理程序或函數地址之一。

這個系統調用成功返回一個函數的地址，該函數接受一個整數參數並且沒有返回值。這個調用在出錯的時候返回SIG_ERR。

雖然signal()可以調用用戶註冊的各自的信號處理程序，但是不可能進行微調，例如掩蔽應該被阻塞的信號，修改信號的行爲以及其他功能。這可以使用sigaction()系統調用。

#include <signal.h>

int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact)

這個系統調用用於檢查或改變信號動作。如果行爲不爲空，則從行爲安裝信號的新行爲。如果oldact不爲null，則以前的操作將保存在oldact中。

sigaction結構包含以下字段 -

字段1 - 處理程序在sa_handler或sa_sigaction中提到。

void (*sa_handler)(int);
void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);

sa_handler的處理程序指定要根據signum和SIG_DFL指示默認操作執行的操作，或者SIG_IGN忽略指向信號處理函數的信號或指針。
sa_sigaction的處理程序將信號編號指定爲第一個參數，將指向siginfo_t結構體的指針指定爲第二個參數，並指定用戶上下文(有關詳細信息，請參閱getcontext()或setcontext())作爲第三個參數。

siginfo_t結構包含信號信息，例如要傳遞的信號數量，信號值，進程ID，發送進程的真實用戶ID等。

字段2 - 要阻止的信號集。

int sa_mask;

這個變量指定了信號處理程序執行期間應該被阻塞的信號掩碼。

字段3 - 特殊標誌。

int sa_flags;

該字段指定一組修改信號行爲的標誌。

字段4 - 恢復處理程序。

void (*sa_restorer) (void);

這個系統調用在成功時返回0，在失敗的情況下爲-1。

讓我們考慮一些示例程序。

首先，從一個生成異常的示例程序開始。在這個程序中，試圖執行除零運算，這會使系統產生一個異常。

/* signal_fpe.c */
#include<stdio.h>

int main() {
   int result;
   int v1, v2;
   v1 = 121;
   v2 = 0;
   result = v1/v2;
   printf("Result of Divide by Zero is %d\n", result);
   return 0;
}

編譯和運行上面示例代碼，得到以下結果 -

Floating point exception (core dumped)

因此，當試圖執行一個算術運算時，系統已經產生了一個浮點異常，核心轉儲是信號的默認操作。

現在，修改代碼以使用signal()系統調用來處理這個特定的信號。

/* signal_fpe_handler.c */
#include<stdio.h>
#include<signal.h>
#include<stdlib.h>

void handler_dividebyzero(int signum);

int main() {
   int result;
   int v1, v2;
   void (*sigHandlerReturn)(int);
   sigHandlerReturn = signal(SIGFPE, handler_dividebyzero);
   if (sigHandlerReturn == SIG_ERR) {
      perror("Signal Error: ");
      return 1;
   }
   v1 = 121;
   v2 = 0;
   result = v1/v2;
   printf("Result of Divide by Zero is %d\n", result);
   return 0;
}

void handler_dividebyzero(int signum) {
   if (signum == SIGFPE) {
      printf("Received SIGFPE, Divide by Zero Exception\n");
      exit (0);
   } 
   else
      printf("Received %d Signal\n", signum);
      return;
}

執行上面示例代碼，得到以下結果 -

Received SIGFPE, Divide by Zero Exception

正如所討論的那樣，信號是由系統產生的(在執行某些操作(例如除以零等)時)，或者用戶也可以以編程方式產生信號。如果要以編程方式生成信號，請使用庫函數raise()。

現在，另外一個程序來演示處理和忽略信號。

假設用raise()發出了一個信號，那麼會發生什麼？發出信號後，當前進程的執行停止。那麼停止的過程會發生什麼？可以有兩種情況 - 首先，在需要時繼續執行。其次，終止(用kill命令)這個進程。

要繼續執行已停止的進程，請將SIGCONT發送到該特定進程。也可以發出fg(前景)或bg(後臺)命令來繼續執行。在這裏，這些命令只會重新開始執行最後一個進程。如果多個進程停止，則只有最後一個進程被恢復。如果想恢復先前停止的過程，請使用fg/bg和作業編號恢復作業。

下面的程序用於使用raise()函數來提升信號SIGSTOP。信號SIGSTOP也可以由用戶按下CTRL + Z(Ctrl + Z)鍵生成。發出此信號後，程序將停止執行。發送信號(SIGCONT)繼續執行。

在下面的例子中，使用命令fg重新開始停止的進程。

/* signal_raising.c */
#include<stdio.h>
#include<signal.h>
#include<stdlib.h>

int main() {
   printf("Testing SIGSTOP\n");
   raise(SIGSTOP);
   return 0;
}

執行上面示例代碼，得到以下結果 -

Testing SIGSTOP
[1]+ Stopped ./a.out
./a.out

現在，增強以前的程序，通過從另一個終端發出SIGCONT來繼續執行停止的進程。

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

void handler_sigtstp(int signum);

int main() {
   pid_t pid;
   printf("Testing SIGSTOP\n");
   pid = getpid();
   printf("Open Another Terminal and issue following command\n");
   printf("kill -SIGCONT %d or kill -CONT %d or kill -18 %d\n", pid, pid, pid);
   raise(SIGSTOP);
   printf("Received signal SIGCONT\n");
   return 0;
}

執行上面示例代碼，得到以下結果 -

Testing SIGSTOP
Open Another Terminal and issue following command
kill -SIGCONT 30379 or kill -CONT 30379 or kill -18 30379
[1]+ Stopped ./a.out

Received signal SIGCONT
[1]+ Done ./a.out

在另一個終端執行 -

kill -SIGCONT 30379

到目前爲止，我們已經看到了處理系統產生的信號的程序。現在讓我們看看通過程序產生的信號(使用raise()函數或者通過kill命令)。該程序產生信號SIGTSTP(終端停止)，其默認動作是停止執行。但是，由於現在正在處理信號，而不是默認的動作，它會來到定義的處理程序。在這種情況下，只是打印消息並退出。

/* signal_raising_handling.c */
#include<stdio.h>
#include<signal.h>
#include<stdlib.h>

void handler_sigtstp(int signum);

int main() {
   void (*sigHandlerReturn)(int);
   sigHandlerReturn = signal(SIGTSTP, handler_sigtstp);
   if (sigHandlerReturn == SIG_ERR) {
      perror("Signal Error: ");
      return 1;
   }
   printf("Testing SIGTSTP\n");
   raise(SIGTSTP);
   return 0;
}

void handler_sigtstp(int signum) {
   if (signum == SIGTSTP) {
      printf("Received SIGTSTP\n");
      exit(0);
   }
   else
      printf("Received %d Signal\n", signum);
      return;
}

執行上面示例代碼，得到以下結果 -

Testing SIGTSTP
Received SIGTSTP

已經看到了執行默認操作或處理信號的情況。現在是時候忽略這個信號了。在這個示例程序中，通過SIG_IGN註冊信號SIGTSTP忽略，然後發送信號SIGTSTP(終端停止)。當信號SIGTSTP正在被生成，將被忽略。參考以下代碼 -

/* signal_raising_ignoring.c */
#include<stdio.h>
#include<signal.h>
#include<stdlib.h>

void handler_sigtstp(int signum);

int main() {
   void (*sigHandlerReturn)(int);
   sigHandlerReturn = signal(SIGTSTP, SIG_IGN);
   if (sigHandlerReturn == SIG_ERR) {
      perror("Signal Error: ");
      return 1;
   }
   printf("Testing SIGTSTP\n");
   raise(SIGTSTP);
   printf("Signal SIGTSTP is ignored\n");
   return 0;
}

執行上面示例代碼，得到以下結果 -

Testing SIGTSTP
Signal SIGTSTP is ignored

到目前爲止，我們已經觀察到，一個信號處理程序用來處理一個信號。那麼一個信號可以處理多個信號嗎？答案是肯定的讓我們通過一個程序來實現。

以下程序執行以下操作 -

第1步 - 註冊一個處理程序(handleSignals)來捕獲或處理信號SIGINT(CTRL + C)或SIGQUIT(CTRL + )

第2步 - 如果用戶產生信號SIGQUIT(或者通過kill命令或者用CTRL + \鍵盤控制)，處理程序簡單地將消息打印爲返回。

第3步 - 如果用戶第一次生成信號SIGINT(通過kill命令或者使用CTRL + C的鍵盤控制)，則修改信號從下次開始執行默認操作(使用SIG_DFL)。

第4步 - 如果用戶第二次生成信號SIGINT，則執行默認操作，即程序終止。

/* Filename: sigHandler.c */
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>

void handleSignals(int signum);

int main(void) {
   void (*sigHandlerInterrupt)(int);
   void (*sigHandlerQuit)(int);
   void (*sigHandlerReturn)(int);
   sigHandlerInterrupt = sigHandlerQuit = handleSignals;
   sigHandlerReturn = signal(SIGINT, sigHandlerInterrupt);
   if (sigHandlerReturn == SIG_ERR) {
      perror("signal error: ");
      return 1;
   }
   sigHandlerReturn = signal(SIGQUIT, sigHandlerQuit);

   if (sigHandlerReturn == SIG_ERR) {
      perror("signal error: ");
      return 1;
   }
   while (1) {
      printf("\nTo terminate this program, perform the following: \n");
      printf("1. Open another terminal\n");
      printf("2. Issue command: kill %d or issue CTRL+C 2 times (second time it terminates)\n", getpid());
      sleep(10);
   }
   return 0;
}

void handleSignals(int signum) {
   switch(signum) {
      case SIGINT:
      printf("\nYou pressed CTRL+C \n");
      printf("Now reverting SIGINT signal to default action\n");
      signal(SIGINT, SIG_DFL);
      break;
      case SIGQUIT:
      printf("\nYou pressed CTRL+\\ \n");
      break;
      default:
      printf("\nReceived signal number %d\n", signum);
      break;
   }
   return;
}

編譯和執行上面示例代碼，得到以下結果 -

To terminate this program, perform the following:
1. Open another terminal
2. Issue command: kill 74 or issue CTRL+C 2 times (second time it terminates)
^C
You pressed CTRL+C
Now reverting SIGINT signal to default action

To terminate this program, perform the following:
1. Open another terminal
2. Issue command: kill 74 or issue CTRL+C 2 times (second time it terminates)
^\You pressed CTRL+\
To terminate this program, perform the following:
1. Open another terminal
2. Issue command: kill 120
Terminated

在另一個終端中執行 -

kill 71

第二種方法 -

To terminate this program, perform the following:
1. Open another terminal
2. Issue command: kill 71 or issue CTRL+C 2 times (second time it terminates)
^C
You pressed CTRL+C
Now reverting SIGINT signal to default action

To terminate this program, perform the following:
1. Open another terminal
2. Issue command: kill 71 or issue CTRL+C 2 times (second time it terminates)
^C

我們知道要處理一個信號，有兩個系統調用，即signal()或sigaction()。直到現在我們已經看到了signal()系統調用，現在是時候進行sigaction()系統調用了。讓我們修改上面的程序來執行使用sigaction()，如下所示 -

/* Filename: sigHandlerSigAction.c */
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>

void handleSignals(int signum);

int main(void) {
   void (*sigHandlerReturn)(int);
   struct sigaction mysigaction;
   mysigaction.sa_handler = handleSignals;
   sigemptyset(&mysigaction.sa_mask);
   mysigaction.sa_flags = 0;
   sigaction(SIGINT, &mysigaction, NULL);

   if (mysigaction.sa_handler == SIG_ERR) {
      perror("signal error: ");
      return 1;
   }
   mysigaction.sa_handler = handleSignals;
   sigemptyset(&mysigaction.sa_mask);
   mysigaction.sa_flags = 0;
   sigaction(SIGQUIT, &mysigaction, NULL);

   if (mysigaction.sa_handler == SIG_ERR) {
      perror("signal error: ");
      return 1;
   }
   while (-1) {
      printf("\nTo terminate this program, perform either of the following: \n");
      printf("1. Open another terminal and issue command: kill %d\n", getpid());
      printf("2. Issue CTRL+C 2 times (second time it terminates)\n");
      sleep(10);
   }
   return 0;
}

void handleSignals(int signum) {
   switch(signum) {
      case SIGINT:
      printf("\nYou have entered CTRL+C \n");
      printf("Now reverting SIGINT signal to perform default action\n");
      signal(SIGINT, SIG_DFL);
      break;
      case SIGQUIT:
      printf("\nYou have entered CTRL+\\ \n");
      break;
      default:
      printf("\nReceived signal number %d\n", signum);
      break;
   }
   return;
}

讓我們編譯和執行上面的代碼。在執行過程中，按CTRL + C兩次，其餘的檢查/方式(如上)來嘗試執行這個程序。

執行上面示例代碼，得到以下結果 -

To terminate this program, perform either of the following:
1. Open another terminal and issue command: kill 3199
2. Issue CTRL+C 2 times (second time it terminates)
^C
You have entered CTRL+C
Now reverting SIGINT signal to perform default action
To terminate this program, perform either of the following:
1. Open another terminal and issue command: kill 3199
2. Issue CTRL+C 2 times (second time it terminates)
^C

進程間通信教程

信號