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2011-09-24 10:50:48
原文地址:Linux进程通讯:信号(signal) 作者:fireaxe
1. 信号基本概念
信号(signal)是linux进程通讯中唯一的异步通讯方式。
信号从软件层次上看是对中断机制的一种模拟。一个进程收到信号时的处理方式与CPU收到中断请求时的处理方式一样。收到信号的进程会跳入信号处理函数,执行完后再跳回原来的位置继续执行。
信号来源:有一类信号是已经被定义好的,如数据异常、指令异常、定时器、abort等。他们都有自己特殊的用法,如:发生异常时会触发异常信号。还有一类是自定义信号,
2. 信号分类 2.1. 可靠与不可靠
Linux中的信号有64个,分为可靠信号与不可靠信号两种。
不可靠信号:
Linux信号机制来继承自Unix系统,信号值小于SIGRTMIN(SIGRTMIN=32,SIGRTMAX=63)的信号都沿用了Unix的实现方式,这种方式的信号可能会丢失,所以称为不可靠信。不可靠信号的处理机制类似于中断,同一个信号同时发生多次时,会合并为一个信号,其它都会丢失。
不可靠信号都是有预定值的,每个信号都有确定的用途及含义,并且每个信号都有各自缺省的动作。如按ctrl+c时,会产生SIGINT信号,对应的默认反应是进程终止。
可靠信号:
Linux在支持Unix不可靠信号的同时,还支持改进后的可靠信号。信号值位于SIGRTMIN和SIGRTMAX之间的信号都是可靠信号,可靠信号克服了信号可能丢失的问题。可靠信号类似于linux的软中断机制,实际上就是支持信号的排队,这样同一个信号同时发生多次时可以排队等待执行,不会丢失。
可靠信号没有被预定义,可以用于应用进程。可靠信号也都有缺省动作,默认反应都是结束进程。
2.2. 预定义与自定义
预定义信号:
不可靠信号同时也是预定义信号,它们都是有预定值的。每个信号都有确定的用途及含义,一般不会被用做其它用途,默认反应都是结束进程。每个信号根据其用途都有各自缺省的动作,如按ctrl+c时,会产生SIGINT信号。
自定义信号:
可靠信号同时也是自定义信号,它们没有被预定义。自定义可以用于应用进程,它们也都有缺省动作,默认反应都是结束进程。
3. Hello world
程序:
#include #include #include
void new_op(int,siginfo_t*,void*);
int main(int argc,char**argv) { struct sigaction act; int sig;
sig = atoi(argv[1]); sigemptyset(&act.sa_mask); act.sa_flags = SA_SIGINFO; act.sa_sigaction = new_op; sigaction(sig, &act, NULL);
while(1) { printf("hello world\n"); sleep(2); } } void new_op(int signum,siginfo_t *info,void *myact) { printf("***** receive signal %d ******\n", signum); sleep(5); } |
执行:
Ø 启动程序:“./a.out 38&” (注:&作用是程序在新进程中执行)
Ø 使用ps查看进程PID
Ø 执行“kill –s 38 pid” (注:pid为上面用ps得到的pid)
Ø 会打印“***** receive signal %d ******\n”
Ø 执行“kill –s 2 pid” (注:测试未启动的信号)
Ø 程序会退出
4. 信号基本函数
信号的安装函数有两个:signal()与sigaction()。signal()常用于非实时信号;sigaction()常用于实时信号,它有更多的选项设置,最重要的是可以为实时信号安装带参数的回调。
信号的发送函数有6个:kill()与sigqueue()是最基本的信号发送函数,kill()用于发送不带参数的信号,sigqueue()用于发送带参数的信号;raise()函数是对kill的简单封装,只能给本进程发送信号。abort()是对SIGABRT信号的封装,可用kill()函数代替。alarm()专为SIGALRM设计,最大特点是可以实现信号的延迟发送,类似于一次性的定时器实际上就是:“定时器”+“信号”。setitmer()是更高级的定时器,它可以实现非周期定时器与周期定时器,还有更多的定时器类型。
4.1. 信号安装
4.1.1. signal()
原型:
void (*signal(int signum, void (*handler))(int)))(int)
参数:
signum信号值
handler 处理函数,可以忽略该信号(参数设为SIG_IGN);可以采用系统默认方式处理信号(参数设为SIG_DFL);也可以自己实现处理方式(参数指定一个函数地址)
返回值:
调用成功,返回最后一次为安装信号signum而调用signal()时的handler值;失败则返回SIG_ERR
说明:
用于改变进程接收到特定信号后的行为,只能用于非实时信号(前32号)。
typedef void (*sighandler_t)(int);
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler));
头文件:
#include
4.1.2. sigaction()
原型:
int sigaction(int signum,const struct sigaction *act,struct sigaction *oldact))
参数:
signum信号值,可以为除SIGKILL及SIGSTOP外的任何一个特定有效的信号(为这两个信号定义自己的处理函数,将导致信号安装错误)
act指定了对特定信号的处理,可以为空,进程会以缺省方式对信号处理
oldact第三个参数oldact指向的对象用来保存原来对相应信号的处理,可指定oldact为NULL
返回值:
调用成功,返回最后一次为安装信号signum而调用signal()时的handler值;失败则返回SIG_ERR
说明:
用于改变进程接收到特定信号后的行为,可用于所有的信号。如果把第二、第三个参数都设为NULL,那么该函数可用于检查信号的有效性
头文件:
#include
第二个参数最为重要,其中包含了对指定信号的处理、信号所传递的信息、信号处理函数执行过程中应屏蔽掉哪些函数等等。
sigaction结构定义如下:
struct sigaction {
union{
__sighandler_t _sa_handler;
void (*_sa_sigaction)(int, struct siginfo *, void *);
}_u
sigset_t sa_mask;
unsigned long sa_flags;
void (*sa_restorer)(void); /* 已废弃,不应被使用 */
}
其中,sa_restorer,已过时,POSIX不支持它,不应再被使用。
1、联合数据结构中的两个元素_sa_handler以及*_sa_sigaction指定信号关联函数,即用户指定的信号处理函数。除了可以是用户自定义的处理函数外,还可以为SIG_DFL(采用缺省的处理方式),也可以为SIG_IGN(忽略信号)。
2、由_sa_handler指定的处理函数只有一个参数,即信号值,所以信号不能传递除信号值之外的任何信息;由_sa_sigaction是指定的信号处理函数带有三个参数,是为实时信号而设的(当然同样支持非实时信号),它指定一个3参数信号处理函数。第一个参数为信号值,第三个参数没有使用(posix没有规范使用该参数的标准),第二个参数是指向siginfo_t结构的指针,结构中包含信号携带的数据值,参数所指向的结构如下:
siginfo_t {
int si_signo; /* 信号值,对所有信号有意义*/
int si_errno; /* errno值,对所有信号有意义*/
int si_code; /* 信号产生的原因,对所有信号有意义*/
union{ /* 联合数据结构,不同成员适应不同信号 */
//确保分配足够大的存储空间
int _pad[SI_PAD_SIZE];
//对SIGKILL有意义的结构
struct{
...
}...
...
...
//对SIGILL, SIGFPE, SIGSEGV, SIGBUS有意义的结构
struct{
...
}...
...
}
}
注:为了更便于阅读,在说明问题时常把该结构表示为下面的形式。
siginfo_t结构中的联合数据成员确保该结构适应所有的信号,比如对于实时信号来说,则实际采用下面的结构形式:
typedef struct {
int si_signo;
int si_errno;
int si_code;
union sigval si_value;
} siginfo_t;
结构的第四个域同样为一个联合数据结构:
union sigval {
int sival_int;
void *sival_ptr;
}
采用联合数据结构,说明siginfo_t结构中的si_value要么持有一个4字节的整数值,要么持有一个指针,这就构成了与信号相关的数据。在信号的处理函数中,包含这样的信号相关数据指针,但没有规定具体如何对这些数据进行操作,操作方法应该由程序开发人员根据具体任务事先约定。
调用sigqueue发送信号时,sigqueue的第三个参数就是sigval联合数据结构,当调用sigqueue时,该数据结构中的数据就将拷贝到信号处理函数的第二个参数中。这样,在发送信号同时,就可以让信号传递一些附加信息。信号可以传递信息对程序开发是非常有意义的。
信号参数的传递过程可图示如下:
3、sa_mask指定在信号处理程序执行过程中,哪些信号应当被阻塞。缺省情况下当前信号本身被阻塞,防止信号的嵌套发送,除非指定SA_NODEFER或者SA_NOMASK标志位。
注:请注意sa_mask指定的信号阻塞的前提条件,是在由sigaction()安装信号的处理函数执行过程中由sa_mask指定的信号才被阻塞。
4、sa_flags中包含了许多标志位,包括刚刚提到的SA_NODEFER及SA_NOMASK标志位。另一个比较重要的标志位是SA_SIGINFO,当设定了该标志位时,表示信号附带的参数可以被传递到信号处理函数中,因此,应该为sigaction结构中的sa_sigaction指定处理函数,而不应该为sa_handler指定信号处理函数,否则,设置该标志变得毫无意义。即使为sa_sigaction指定了信号处理函数,如果不设置SA_SIGINFO,信号处理函数同样不能得到信号传递过来的数据,在信号处理函数中对这些信息的访问都将导致段错误(Segmentation fault)。
注:很多文献在阐述该标志位时都认为,如果设置了该标志位,就必须定义三参数信号处理函数。实际不是这样的,验证方法很简单:自己实现一个单一参数信号处理函数,并在程序中设置该标志位,可以察看程序的运行结果。实际上,可以把该标志位看成信号是否传递参数的开关,如果设置该位,则传递参数;否则,不传递参数。
4.2. 信号发送
4.2.1. raise()
原型:
int raise(int signo)
参数:
signo即将发送的信号值。
返回值:
调用成功返回 0;否则,返回 -1。
说明:
向进程本身发送信号
头文件:
#include
例程:
#include #include #include
void new_op(int,siginfo_t*,void*);
int main(int argc,char**argv) { struct sigaction act; int sig;
sig = atoi(argv[1]);
sigemptyset(&act.sa_mask); act.sa_flags = SA_SIGINFO; act.sa_sigaction = new_op; sigaction(sig, &act, NULL);
while(1) { printf("hello world\n"); raise(sig); sleep(1); } } void new_op(int signum,siginfo_t *info,void *myact) { printf("***** receive signal %d ******\n", signum); } |
4.2.2. kill()
原型:
int kill(pid_t pid, int signo)
参数:
pid 进程pid
参数pid的值 |
信号的接收进程 |
pid>0 |
进程ID为pid的进程 |
pid=0 |
同一个进程组的进程 |
pid<0 pid!=-1 |
进程组ID为 -pid的所有进程 |
pid=-1 |
除发送进程自身外,所有进程ID大1的进程 |
signo即将发送的信号值。sinno是信号值,当为0时(即空信号),实际不发送任何信号,但照常进行错误检查,因此,可用于检查目标进程是否存在,以及当前进程是否具有向目标发送信号的权限(root权限的进程可以向任何进程发送信号,非root权限的进程只能向属于同一个session或者同一个用户的进程发送信号)。
返回值:
调用成功返回 0;否则,返回 -1。
说明:
向指定进程发送信号,kill()最常用于pid>0时的信号发送。注:对于pid<0时的情况,对于哪些进程将接受信号,各种版本说法不一。
头文件:
#include
#include
例程:
#include #include #include
void new_op(int,siginfo_t*,void*);
void *Test01(void *p) { struct sigaction act;
sigemptyset(&act.sa_mask); act.sa_flags = SA_SIGINFO; act.sa_sigaction = new_op; sigaction((int)p, &act, NULL); printf("\nsigal = %d\n", (int)p);
while(1) { printf("hello world: self = 0x%08x\n", getpid()); sleep(1); } return NULL; }
int main(int argc,char**argv) { int sig; pthread_t tid; int ret;
sig = atoi(argv[1]);
ret = fork(); if (0 == ret) { Test01((void*)sig); }
sleep(5); printf("pid = 0x%08x, send sig: %d\n", ret, sig); ret = kill(ret, sig); printf("ret=%d\n", ret); sleep(3); printf("Bye\n"); } void new_op(int signum,siginfo_t *info,void *myact) { printf("***** receive signal %d ******\n", signum); } |
4.2.3. sigqueue()
原型:
int sigqueue(pid_t pid, int signo, const union sigval val)
参数:
pid 进程pid
signo即将发送的信号值。如果signo=0,将会执行错误检查,但实际上不发送任何信号,0值信号可用于检查pid的有效性以及当前进程是否有权限向目标进程发送信号。
val 信号传递的参数,即通常所说的4字节值。
typedef union sigval { int sival_int; void *sival_ptr; }sigval_t; |
返回值:
成功返回 0;否则,返回 -1
说明:
针对实时信号提出的(当然也支持前32种),支持信号带有参数,与函数sigaction()配合使用。sigqueue()比kill()传递了更多的附加信息,但sigqueue()只能向一个进程发送信号,而不能发送信号给一个进程组。
调用sigqueue后,sigaction中注册的回调函数的第二个参数siginfo中包含着sigval,位置为siginfo->_sifields._rt._sigval,加入是int性数据,可以使用宏siginfo-> si_int。
注:sigqueue()发送非实时信号时,第三个参数包含的信息仍然能够传递给信号处理函数; sigqueue()发送非实时信号时,仍然不支持排队,即在信号处理函数执行过程中到来的所有相同信号,都被合并为一个信号。
头文件:
#include
#include
例程:
#include #include #include
void new_op(int,siginfo_t*,void*);
void *Test01(void *p) { struct sigaction act;
sigemptyset(&act.sa_mask); act.sa_flags = SA_SIGINFO; act.sa_sigaction = new_op; sigaction((int)p, &act, NULL); printf("\nsigal = %d\n", (int)p);
while(1) { printf("hello world: self = %d\n", getpid()); sleep(1); } return NULL; }
int main(int argc,char**argv) { int sig; pthread_t tid; int ret; sigval_t sigval;
sigval.sival_int = 0x12345678; sig = atoi(argv[1]);
printf("\n"); ret = fork(); if (0 == ret) { Test01((void*)sig); }
sleep(5); printf("pid = %d, send sig: %d\n", ret, sig); sigqueue(ret, sig, sigval); sleep(3); kill(ret, SIGINT); printf("Bye\n");
return 0; } void new_op(int signum,siginfo_t *info,void *myact) { printf("***** receive signal %d, info 0x%x ******\n", signum, info->si_int); } |
4.2.4. alarm()
原型:
unsigned int alarm(unsigned int seconds)
参数:
seconds 指定时间。
返回值:
如果调用alarm()前,进程中已经设置了闹钟时间,则返回上一个闹钟时间的剩余时间,否则返回0
说明:
专门为SIGALRM信号而设,在指定的时间seconds秒后,将向进程本身发送SIGALRM信号,又称为闹钟时间,也就是非周期定时器。进程调用alarm后,任何以前的alarm()调用都将无效。如果参数seconds为零,那么进程内将不再包含任何闹钟时间。
头文件:
#include
例程:
#include #include #include
void new_op(int,siginfo_t*,void*);
int main(int argc,char**argv) {
if (SIG_ERR == signal(SIGALRM, new_op)) { return 0; }
alarm(5);
while(1) { printf("hello world\n"); sleep(1); }
return 0; } void new_op(int signum,siginfo_t *info,void *myact) { printf("***** receive signal %d ******\n", signum); } |
4.2.5. setitmer()
原型:
int setitimer(int which, const struct itimerval *value, struct itimerval *ovalue))
参数:
which定时器类型
value 定时时长,支持三种类型
ITIMER_REAL
ITIMER_VIRTUAL
ITIMER_PROF
ovalue旧的定时时长,一般添NULL
返回值:
调用成功返回 0;否则,返回 -1。
说明:
setitimer比alarm功能强大,它可以实现周期定时器与非周期定时器两种功能。
setitimer支持3种类型的定时器:
ITIMER_REAL: 设定绝对时间;经过指定的时间后,内核将发送SIGALRM信号给本进程;
ITIMER_VIRTUAL 设定程序执行时间;经过指定的时间后,内核将发送SIGVTALRM信号给本进程;
ITIMER_PROF 设定进程执行以及内核因本进程而消耗的时间和,经过指定的时间后,内核将发送ITIMER_VIRTUAL信号给本进程;
第二个参数value是有两个成员变量的结构体,定义如下。interval设置了定时器的运行周期,value定义了设置后第一次运行的时间。比如需要在2s后启动一个10s周期的打印,interval为10,value为2。interval为0表示为非周期定时器。value为0表示取消定时器。
struct itimerval {
struct timeval it_interval; /* timer interval*/
struct timeval it_value; /* current value */
};
struct timeval {
long tv_sec; /* seconds */
long tv_usec; /* microseconds */
}
头文件:
#include
例程:
#include #include #include #include
void new_op(int,siginfo_t*,void*);
int main(int argc,char**argv) {
struct itimerval tt;
/* 设定定时间隔 */ tt.it_value.tv_sec = 5; tt.it_value.tv_usec = 0; tt.it_interval.tv_sec = 1; tt.it_interval.tv_usec = 0;
setitimer(ITIMER_REAL, &tt, NULL);
if (SIG_ERR == signal(SIGALRM, new_op)) { return 0; }
while(1) { printf("hello world\n"); sleep(1); }
return 0; } void new_op(int signum,siginfo_t *info,void *myact) { printf("***** receive signal %d ******\n", signum); } |
4.2.6. abort()
原型:
void abort(void)
参数:
signo即将发送的信号值。
返回值:
无
说明:
向进程发送SIGABRT信号,默认情况下进程会异常退出,可定义自己的信号处理函数。即使添加了自己的处理函数,进程仍然会在执行完回调后终止。
头文件:
#include
例程:
#include #include #include
void new_op(int,siginfo_t*,void*);
int main(int argc,char**argv) {
if (SIG_ERR == signal(SIGABRT, new_op)) { return 0; }
abort();
while(1) { printf("hello world\n"); sleep(1); }
return 0; } void new_op(int signum,siginfo_t *info,void *myact) { printf("***** receive signal %d ******\n", signum); } |
5. 附录A 信号列表
1 ~ 31的信号为传统UNIX支持的信号,是不可靠信号(非实时的),编号为32 ~ 63的信号是后来扩充的,称做可靠信号(实时信号)。不可靠信号和可靠信号的区别在于前者不支持排队,可能会造成信号丢失,而后者不会。
另外注意:
* 多个实时信号的响应顺序是有保证的。
* 如果一个进程同时有实时信号和标准信号在pending,则优先响应标准信号。
大家用的一般都是非时实信号,下边是信号列表.
Linux的信号的种类有60多种。可以用kill -l命令查看所有的信号,每个信号的含义如下:
1)SIGHUP:当用户退出shell时,由该shell启动的所有进程将收到这个信号,默认动作为终止进程
2)SIGINT:当用户按下了<Ctrl+C>组合键时,用户终端向正在运行中的由该终端启动的程序发出此信号。默认动作为终止进程。
3)SIGQUIT:当用户按下<ctrl+\>组合键时产生该信号,用户终端向正在运行中的由该终端启动的程序发出些信号。默认动作为终止进程。
4)SIGILL:CPU检测到某进程执行了非法指令。默认动作为终止进程并产生core文件
5)SIGTRAP:该信号由断点指令或其他 trap指令产生。默认动作为终止里程 并产生core文件。
6)SIGABRT:调用abort函数时产生该信号。默认动作为终止进程并产生core文件。
7)SIGBUS:非法访问内存地址,包括内存对齐出错,默认动作为终止进程并产生core文件。
8)SIGFPE:在发生致命的运算错误时发出。不仅包括浮点运算错误,还包括溢出及除数为0等所有的算法错误。默认动作为终止进程并产生core文件。
9)SIGKILL:无条件终止进程。本信号不能被忽略,处理和阻塞。默认动作为终止进程。它向系统管理员提供了可以杀死任何进程的方法。
10)SIGUSE1:用户定义的信号。即程序员可以在程序中定义并使用该信号。默认动作为终止进程。
11)SIGSEGV:指示进程进行了无数内存访问。默认动作为终止进程并产生core文件。
12)SIGUSR2:这是另外一个用户自定义信号 ,程序员可以在程序中定义并使用该信号。默认动作为终止进程。1
13)SIGPIPE:Broken pipe向一个没有读端的管道写数据。默认动作为终止进程。
14)SIGALRM:定时器超时,超时的时间由系统调用alarm设置。默认动作为终止进程。
15)SIGTERM:程序结束信号,与SIGKILL不同的是,该信号可以被阻塞和终止。通常用来要示程序正常退出。执行shell命令Kill时,缺省产生这个信号。默认动作为终止进程。
16)SIGCHLD:子进程结束时,父进程会收到这个信号。默认动作为忽略这个信号。
17)SIGCONT:停止进程的执行。信号不能被忽略,处理和阻塞。默认动作为终止进程。
18)SIGTTIN:停止进程的运行,但该信号可以被处理和忽略。按下<ctrl+z>组合键发出灾个信号。默认动作为暂停进程。
19)SIGTSTP:停止进程的运行,可该信号可以被处理可忽略。按下<ctrl+z>组合键时发出这个信号。默认动作为暂停进程。
21)SIGTTOU:该信号类似于SIGTTIN,在后台进程要向终端输出数据时发生。默认动作为暂停进程。
22)SIGURG:套接字上有紧急数据时,向当前正在运行的进程发出些信号,报告有紧急数据到达。默认动作为忽略该信号。
23)SIGXFSZ:进程执行时间超过了分配给该进程的CPU时间 ,系统产生该信号并发送给该进程。默认动作为终止进程。
24)SIGXFSZ:超过文件的最大长度设置。默认动作为终止进程。
25)SIGVTALRM:虚拟时钟超时时产生该信号。类似于SIGALRM,但是该信号只计算该进程占用CPU的使用时间。默认动作为终止进程。
26)SGIPROF:类似于SIGVTALRM,它不公包括该进程占用CPU时间还包括执行系统调用时间。默认动作为终止进程。
27)SIGWINCH:窗口变化大小时发出。默认动作为忽略该信号。
28)SIGIO:此信号向进程指示发出了一个异步IO事件。默认动作为忽略。
29)SIGPWR:关机。默认动作为终止进程。
30)SIGSYS:无效的系统调用。默认动作为终止进程并产生core文件。
31)SIGRTMIN~(64)SIGRTMAX:LINUX的实时信号,它们没有固定的含义(可以由用户自定义)。所有的实时信号的默认动作都为终止进程
在以上列出的信号中,程序不可捕获、阻塞或忽略的信号有:SIGKILL, SIGSTOP
不能恢复至默认动作的信号有:SIGILL, SIGTRAP
默认会导致进程流产的信号有:SIGABRT, SIGBUS, SIGFPE, SIGILL, SIGIOT, SIGQUIT, SIGSEGV, SIGTRAP, SIGXCPU, SIGXFSZ
默认会导致进程退出的信号有:SIGALRM, SIGHUP, SIGINT, SIGKILL, SIGPIPE, SIGPOLL, SIGPROF, SIGSYS, SIGTERM, SIGUSR1, SIGUSR2, SIGVTALRM
默认会导致进程停止的信号有:SIGSTOP, SIGTSTP, SIGTTIN, SIGTTOU
默认进程忽略的信号有:SIGCHLD, SIGPWR, SIGURG, SIGWINCH
此外,SIGIO在SVR4是退出,在4.3BSD中是忽略;SIGCONT在进程挂起时是继续,否则是忽略,不能被阻塞。
6. 参考文档
Linux环境进程间通信(二): 信号 郑彦兴 (mlinux@163.com)国防科大