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90一叶扁舟

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进程间通信--信号(进程间通信唯一的异步方式)

分类： LINUX

2015-09-03 09:11:55

原文地址：进程间通信--信号(进程间通信唯一的异步方式) 作者：Deem_passion

一、信号的介绍


信号是在软件层次上对中断机制的一种模拟，是一种异步通信方式。

信号可以直接进行用户空间进程和内核进程之间的交互，内核进程也可以利用它来通知用户空间进程发生了那些系统事件。

如果该进程当前并未处于执行态，则该信号就由内核保存起来，直到该进程恢复执行再传递个它；如果一个信号被进程设置为阻塞，则该信号的传递被延迟，直到其阻塞取消时才被传递给进程。

二、linux操作系统支持的信号

A. kill  -l



B.常用信号的含义





三、信号的产生

A.用户在终端按下某些键时，终端驱动程序会发送信号给前台进程，例如ctr+c产生SIGINT,  ctr + \产生SIGQUI信号，ctr + z产生SIGTSTP。

B.硬件异常产生信号，这些条件由硬件检测到并通知内核，然后内核向当前进程发送适当的信号。例如当前进程执行了除以0的指令，CPU的运算单元会产生异常，内核将这个异常解释为SIGFPE信号发送给进程。再比如当前进程访问了非法内存地址，MMU会产生异常，内核将这个异常解释为SIGSEGV信号发送给当前进程 。

C.一个进程调用int kill(pid_t pid,int sig)函数可以给另一个进程发送信号

D.可以用kill命令给某个进程发送信号，如果不明确指定信号则发送SIGTERM信号，该信号的默认处理动作是终止进程。

E.当内核检测到某种软件条件发生时也可以通过信号通知进程，例如闹钟超时产生SIGALRM信号，向读端已关闭的管道写数据时产生SIGPIPE信号。

四、进程对信号的处理

A.忽略此信号
B.执行该信号的默认处理动作
C.提供一个信号处理函数，要求内核在处理该信号时切换到用户态执行这个处理函数，这种方式成为捕捉(Catch)一个信号。
 

五、相关信号API

A.通过系统调用向一个指定的进程发送信号



参数说明:
第一个参数：指定发送信号的接收线程
第二个参数：信号的signum

案例一、
父进程从终端输入signum,然后发给子进程


点击(此处)折叠或打开

  1. #include <stdio.h>
  2. #include <sys/types.h>
  3. #include <signal.h>
  4. #include <stdlib.h>

  6. int main()
  7. {
  8.     int pid;

  10.     if((pid = fork()) < 0)
  11.     {
  12.     
  13.         perror("Fail to fork");
  14.         exit(EXIT_FAILURE);
  15.     
  16.     }else if(pid == 0){
  17.         
  18.         while(1);
  19.     
  20.     }else{
  21.         
  22.         int signum;
  23.         
  24.         while(scanf("%d",&signum) == 1)
  25.         {
  26.             kill(pid,signum);
  27.             system("ps -aux | grep a.out");
  28.         }
  29.     }

  31.     return 0;
  32. }

运行结果如下:



B.捕捉一个信号



对应的API



其原型:



我们一般都是用第一个，也就是通过typedef改写过的。

注意：signal函数我一般认为其是向内核注册当前进程收到信号的处理的方式。
signal(SIGINT,handler);


参数说明:

signum  :  指定信号
handler  :  SIG_IGN忽略该信号，SIG_DFL采用系统默认方式处理信号,自定义的信号处理函数指针。

案例探究:

通过异步方式，给子进程收尸

注意：子进程在终止时会给父进程发SIGCHLD，该信号的默认处理动作是忽略，父进程可以自定义SIGCHLD信号的处理函数，这样父进程只需要专心处理自己的工作，不必关心子进程了，子进程终止时会通知父进程，父进程在信号处理函数中调用wait清理子进程即可。


点击(此处)折叠或打开

  1. #include <stdio.h>
  2. #include <signal.h>
  3. #include <unistd.h>
  4. #include <stdlib.h>

  6. void child_exit_handler(int signum)
  7. {
  8.     if(signum == SIGCHLD)
  9.     {
  10.         printf("Child exit.\n");
  11.         wait(NULL);
  12.     }
  13. }

  15. int main()
  16. {
  17.     int pid;
  18.     int i = 0;

  20.     //想内核注册，处理 SIGCHLD信号的方式
  21.     signal(SIGCHLD,child_exit_handler);

  23.     if((pid = fork()) < 0)
  24.     {
  25.         perror("Fail to fork");
  26.         exit(EXIT_FAILURE);

  28.     }else if(pid == 0){
  29.         
  30.         for(i = 0;i < 5;i ++)
  31.         {
  32.             printf("child loop.\n");
  33.             sleep(1);
  34.         }
  35.     
  36.     }else{
  37.         
  38.         for(i = 0;i < 5;i ++)
  39.         {
  40.             printf("Father loop.\n");
  41.             sleep(2);
  42.         }

  44.     }

  46.     exit(EXIT_SUCCESS);
  47. }

C.闹钟函数alarm



larm()也称为闹钟函数，它可以在进程中设置一个定时器。当定时器指定的时间到时，内核就向进程发送SIGALARM信号。

seconds:指定的秒数，如果参数seconds为0，则之前设置的闹钟会被取消，并将剩下的时间返回。

成功:如果调用此alarm()前，进程中已经设置了闹钟时间，则放回上一个闹钟时间的剩余时间，否则返回0。

alarm(100);
........

......

alarm(5);

出错:-1

案例探究:


点击(此处)折叠或打开

  1. #include <stdio.h>
  2. #include <signal.h>
  3. #include <stdlib.h>

  5. void handler(int signum)
  6. {
  7.     if(signum == SIGALRM)
  8.     {
  9.         printf("Recv SIGALARM.\n");
  10.     }

  12.     exit(EXIT_SUCCESS);
  13. }

  15. int main()
  16. {
  17.     int count = 0;
  18.     int n = 0;

  20.     signal(SIGALRM,handler);

  22.     n = alarm(10);

  24.     printf("n = %d.\n",n);
  25.     
  26.     sleep(2);

  28.     n = alarm(5);

  30.     printf("n = %d.\n",n);
  31.     
  32.     while(1)
  33.     {
  34.         printf("count = %d.\n", ++count);
  35.         sleep(1);
  36.     }

  38.     return 0;
  39. }
运行结果如下：



案例二、综合案例

使用FIFO实现clientA与clientB之间聊天
A.输入quit后，两个进程退出
B.如果在20秒内，没有等到另一端发来的消息，则认为对方已不在，此时终止。

clientA:


点击(此处)折叠或打开

  1. #include <stdio.h>
  2. #include <stdlib.h>
  3. #include <signal.h>
  4. #include <sys/types.h>
  5. #include <sys/stat.h>
  6. #include <errno.h>
  7. #include <string.h>
  8. #include <fcntl.h>

  10. #define MAX 100

  12. void signal_handler(int signum)
  13. {
  14.     static int flag = 0;

  16.     switch(signum)
  17.     {
  18.         case SIGALRM:
  19.             if(flag == 0)
  20.             {
  21.                 printf("The people is leaving,the system is closed in 10 seconds \
  22.                         and you can input 'ctrl + c' cancel.\n");
  23.                 alarm(10);
  24.             }else{
  25.                 
  26.                 kill(getppid(),SIGKILL);
  27.                 usleep(500);
  28.                 exit(EXIT_SUCCESS);
  29.             }

  31.             flag = 1;            
  32.             break;

  34.         case SIGINT:
  35.             printf("The alarm is cancel.\n");
  36.             alarm(0);
  37.             break;
  38.     }

  40. }

  42. int child_recv_fifo(char *fifo_name)
  43. {
  44.     int n,fd;
  45.     char buf[MAX];

  47.     if((fd = open(fifo_name,O_RDONLY)) < 0)
  48.     {
  49.         fprintf(stderr,"fail to open %s : %s.\n",fifo_name,strerror(errno));
  50.         return -1;
  51.     }

  53.     signal(SIGALRM,signal_handler);
  54.     signal(SIGINT,signal_handler);
  55.     alarm(15);//璁剧疆瀹氭椂鍣?    
  56.     while(1)
  57.     {
  58.         n = read(fd,buf,sizeof(buf));
  59.         buf[n] = '\0';

  61.         printf("Read %d bytes : %s.\n",n,buf);

  63.         if(strncmp(buf,"quit",4) == 0 || n == 0)
  64.         {
  65.             kill(getppid(),SIGKILL);
  66.             usleep(500);
  67.             exit(EXIT_SUCCESS);
  68.         }

  70.         alarm(15);
  71.     }

  73.     return 0;
  74. }

  76. int father_send_fifo(char *fifo_name,int pid)
  77. {
  78.     int n,fd;
  79.     char buf[MAX];

  81.     if((fd = open(fifo_name,O_WRONLY)) < 0)
  82.     {
  83.         fprintf(stderr,"Fail to open %s : %s.\n",fifo_name,strerror(errno));
  84.         return -1;
  85.     }

  87.     signal(SIGINT,SIG_IGN);

  89.     while(1)
  90.     {
  91.         getchar();
  92.         printf(">");

  94.         fgets(buf,sizeof(buf),stdin);
  95.         buf[strlen(buf)-1] = '\0';

  97.         write(fd,buf,strlen(buf));

  99.         if(strncmp(buf,"quit",4) == 0)
  100.         {
  101.             kill(pid,SIGKILL);
  102.             usleep(500);
  103.             exit(EXIT_SUCCESS);
  104.         }
  105.     }

  107.     return 0;
  108. }

  110. int main(int argc,char *argv[])
  111. {
  112.     int pid;

  114.     if(argc < 3)
  115.     {
  116.         fprintf(stderr,"usage %s argv[1].\n",argv[0]);
  117.         exit(EXIT_FAILURE);
  118.     }

  120.     if(mkfifo(argv[1],0666) < 0 && errno != EEXIST)
  121.     {
  122.         perror("Fail to mkfifo");
  123.         exit(EXIT_FAILURE);
  124.     }

  126.     if(mkfifo(argv[2],0666) < 0 && errno != EEXIST)
  127.     {
  128.         perror("Fail to mkfifo");
  129.         exit(EXIT_FAILURE);
  130.     }
  131.     
  132.     if((pid = fork()) < 0)
  133.     {
  134.     
  135.         perror("Fail to fork");
  136.         exit(EXIT_FAILURE);
  137.     
  138.     }else if(pid == 0){
  139.         
  140.         child_recv_fifo(argv[2]);
  141.     
  142.     }else{

  144.         father_send_fifo(argv[1],pid);
  145.     }

  147.     exit(EXIT_SUCCESS);
  148. }

client B


点击(此处)折叠或打开

  1. #include <stdio.h>
  2. #include <stdlib.h>
  3. #include <signal.h>
  4. #include <sys/types.h>
  5. #include <sys/stat.h>
  6. #include <errno.h>
  7. #include <string.h>
  8. #include <fcntl.h>

  10. #define MAX 100

  12. void signal_handler(int signum)
  13. {
  14.     static int flag = 0;

  16.     switch(signum)
  17.     {
  18.         case SIGALRM:
  19.             if(flag == 0)
  20.             {
  21.                 printf("The people is leaving,the system is closed in 10 seconds \
  22.                         and you can input 'ctrl + c' cancel.\n");
  23.                 alarm(10);
  24.             }else{
  25.                 
  26.                 kill(getppid(),SIGKILL);
  27.                 usleep(500);
  28.                 exit(EXIT_SUCCESS);
  29.             }

  31.             flag = 1;            
  32.             break;

  34.         case SIGINT:
  35.             printf("The alarm is cancel.\n");
  36.             alarm(0);
  37.             break;
  38.     }

  40. }

  42. int child_recv_fifo(char *fifo_name)
  43. {
  44.     int n,fd;
  45.     char buf[MAX];

  47.     if((fd = open(fifo_name,O_RDONLY)) < 0)
  48.     {
  49.         fprintf(stderr,"fail to open %s : %s.\n",fifo_name,strerror(errno));
  50.         return -1;
  51.     }

  53.     signal(SIGALRM,signal_handler);
  54.     signal(SIGINT,signal_handler);
  55.     alarm(15);//璁剧疆瀹氭椂鍣?    
  56.     while(1)
  57.     {
  58.         n = read(fd,buf,sizeof(buf));
  59.         buf[n] = '\0';

  61.         printf("Read %d bytes : %s.\n",n,buf);

  63.         if(strncmp(buf,"quit",4) == 0 || n == 0)
  64.         {
  65.             kill(getppid(),SIGKILL);
  66.             usleep(500);
  67.             exit(EXIT_SUCCESS);
  68.         }

  70.         alarm(15);
  71.     }

  73.     return 0;
  74. }

  76. int father_send_fifo(char *fifo_name,int pid)
  77. {
  78.     int n,fd;
  79.     char buf[MAX];

  81.     if((fd = open(fifo_name,O_WRONLY)) < 0)
  82.     {
  83.         fprintf(stderr,"Fail to open %s : %s.\n",fifo_name,strerror(errno));
  84.         return -1;
  85.     }

  87.     signal(SIGINT,SIG_IGN);

  89.     while(1)
  90.     {
  91.         getchar();
  92.         printf(">");

  94.         fgets(buf,sizeof(buf),stdin);
  95.         buf[strlen(buf)-1] = '\0';

  97.         write(fd,buf,strlen(buf));

  99.         if(strncmp(buf,"quit",4) == 0)
  100.         {
  101.             kill(pid,SIGKILL);
  102.             usleep(500);
  103.             exit(EXIT_SUCCESS);
  104.         }
  105.     }

  107.     return 0;
  108. }

  110. int main(int argc,char *argv[])
  111. {
  112.     int pid;

  114.     if(argc < 3)
  115.     {
  116.         fprintf(stderr,"usage %s argv[1].\n",argv[0]);
  117.         exit(EXIT_FAILURE);
  118.     }

  120.     if(mkfifo(argv[1],0666) < 0 && errno != EEXIST)
  121.     {
  122.         perror("Fail to mkfifo");
  123.         exit(EXIT_FAILURE);
  124.     }

  126.     if(mkfifo(argv[2],0666) < 0 && errno != EEXIST)
  127.     {
  128.         perror("Fail to mkfifo");
  129.         exit(EXIT_FAILURE);
  130.     }
  131.     
  132.     if((pid = fork()) < 0)
  133.     {
  134.     
  135.         perror("Fail to fork");
  136.         exit(EXIT_FAILURE);
  137.     
  138.     }else if(pid == 0){
  139.         
  140.         child_recv_fifo(argv[1]);
  141.     
  142.     }else{

  144.         father_send_fifo(argv[2],pid);
  145.     }

  147.     exit(EXIT_SUCCESS);
  148. }

D.将进程挂起函数pause



解释如下:



案例如下:

 

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