进程间通信IPC（二）信

目录

 

1 信 的概念

特点：

信 机制：

信 特质：

信 产生方式：

信 状态：

信 的默认处理方式：

信 的四要素：

常见信 ：

2 阻塞信 集与未决信 集

3 信 的产生

按键产生

硬件异常产生

命令与系统调用产生

kill函数

raise函数

abort函数

软件条件产生/时钟产生信

alarm函数

4 信 集的函数

信 集处理函数

阻塞信 集函数

未决信 集函数

5 打印未决信 集

6 信 捕捉

sigaction函数

sigaction捕捉信 案例

信 捕捉特性

7 内核实现捕捉过程

8 用SIGCHLD信 回收子进程

第一版代码：

第二版代码：

第三版代码：

---

1 信 的概念

也是一种进程间通信方式

特点：

简单，携带信息量小，满足某个特定条件才发送

信 机制：

A进程给B进程发送信 ，B收到信 之前执行自己的代码，收到信 后，不管执行到程序的什么位置，都要暂停执行去处理信 ，处理完毕再继续执行。处理信 可以是忽略信 ，或者捕获信 待会处理，或者马上去处理。信 是软件层面实现的中断，早期被称为“软中断”。需要注意的是，虽然说是由进程A发送信 给进程B，但所有信 ，都是由内核发送，内核处理。

信 特质：

由于信 通过软件方法实现，其实现手段导致信 有很强的延时性，但对于用户来说，这个延迟时间非常短，不易察觉。

信 产生方式：

按键产生：crtl C, crtl z, crtl

系统调用产生：kill raise abort

软件条件产生：定时器alarm

硬件异常产生：非法访问内存（段错误）、除0、内存对齐出错（总线错误），SIGPIPE（管道通信时候读端全部关闭时候产生的信 ）

命令产生：kill命令等

信 状态：

产生

递达 信 到达并且处理完

未决 信 被阻塞了

注意递达与未决的异同，不管是递达还是未决，此时进程都已经接收到了信 ，如果进程把该信 处理了，那么该信 的状态就变成了递达，如果虽然接收到信 但是还没处理，那么就是未决。未决并不是没有接收到信 的意思，因为信 是由内核产生的，因此可以认为信 产生之后每个进程都能接收到信 。

信 的默认处理方式：

执行默认动作

捕获 学习信 主要目的就是为了捕获信 ，比如像段错误之类的硬件异常信 会导致程序异常终止，学习捕获是为了处理异常让程序继续执行

信 的四要素：

编

事件

名称

默认处理动作          忽略  终止  终止+core 暂停 继续

常见信 ：

从左到右四列分别对应了四要素中的名字，编 ，默认动作，事件

 

常见信 31个，32到64是嵌入式时候用的实时信

 

2 阻塞信 集与未决信 集

Linux内核的简称控制块PCB是一个结构体，task_struct结构体，除了包含进程id，状态，工作目录，用户id，组id，文件描述符表，还包含了信 相关的信息，即每个进程各自的阻塞信 集与未决信 集。

 

阻塞信 集与未决信 集本质就是两个位图，但不是直接的位图，而是用sigset_t结构体来定义出来的位图。

阻塞信 集：将某一位设置为1即将这个信 加入了阻塞信 集，当进程接收到这个信 后不会去处理它，直到解除对该信 的屏蔽才会处理。

未决信 集：

 

3 信 的产生

按键产生

 

硬件异常产生

 

命令与系统调用产生

 

 

kill函数

是系统API产生信

函数原型：

int kill(pid_t pid , int sig);

如果pid > 0, 发送sig编 信 给pid进程

如果pid = 0, 发送给pid进程组内所有进程

如果pid = -1, 发送给所有有权限发送的进程（不包括init进程）

如果pid

如果sig = 0，不发送信 ，但是可以用来检查pid进程（组）是否存在或者当前进程有没有权限给pid进程发送信 。

 

例子：父进程生成五个子进程，然后让2 进程杀死父进程

raise函数

给自己发信

#include

int raise(int, sig);

 

杀死自己例子：

abort函数

也是自己给自己发信 ，跟raise不同，人raise至少还能选择一下发哪一个信 ，abort是默认直接给自己发SIGABRT这个信 。

软件条件产生/时钟产生信

alarm函数

也是一个系统api

在seconds秒后给自己发送一个信

该信 是SIGALRM，默认动作是终止进程

返回值：上一次设定的闹钟还有多长时间触发，比如上一次我们设置了一个20秒的闹钟，然后到第7秒的时候我们等不下去了要重新设置一个，那么重新设置这次的返回值就是14，因为上一次设置的闹钟还有14秒就要出发了，当然，第一次设置的闹钟返回值一定是0。

 

如果传入参数为0，代表取消所有已经设置的闹钟

 

例子：6秒后杀死自己

setitimer函数

可以周期性发送信

函数原型：

 #include

 

 // int getitimer(int which, struct itimerval *curr_value);

 int setitimer(int which, const struct itimerval *new_value,

                     struct itimerval *old_value);

which有三种选择，不同选择对应不同信 ：

ITIMER_REAL 自然计时法 SIGALRM

ITIMER_VIRTUAL 进程执行时间 SIGVTALRM

ITIMER_PROF 进程执行时间+调度时间 SIGPROF

 

new_value:

是itimerval结构体，第一个成员it_interval设置发送信 的周期，it_value设置第一次发送信 的延时。

 

old_value:

一般不用，直接设置为NULL，是上一次调用setitimer时候的new_value值

 

itimerval 结构体定义：

struct itimerval {

               struct timeval it_interval; /* Interval for periodic timer */

               struct timeval it_value;    /* Time until next expiration */

           };

 

 

timeval结构体定义：

struct timeval {

               time_t      tv_sec;         /* seconds */

               suseconds_t tv_usec;        /* microseconds */

           };

其中tv_sec是秒数，tv_usec是微秒数

 

返回值：成功返回0，失败返回-1

 

 

例子：

先看一下用于捕获的signal函数

 

#include

 

       typedef void (*sighandler_t)(int);

 

       sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

 

第一个参数signum是要捕获的信 编

第二个参数是一个函数指针，用来捕获以后进行处理，该函数返回值是void，参数是int

4 信 集的函数

首先阻塞信 集和未决信 集都可以理解为位向量，但是我们不能简单直接得通过操作某一位来改变，而应该使用特定的系统调用。内核通过读取未决信 集来判断信 是否应被处理，信 屏蔽字mask（即阻塞信 集）可以影响未决信 集。

可以在应用程序中自定义set来改变mask，达到屏蔽指定信 的目的。

 

信 集处理函数

清空信 集（全变成0）

int sigempty(sigset_t *set);

 

填充信 集（全变成1）

int sigfillset(sigset_t *set);

 

添加某个信 到信 集

int sigaddset(sigset_t *set, int signum);

signum为信 编

 

从集合中删除某个信

int sigdelset(sigset_t *set, int signum);

 

以上四个函数成功返回0，失败返回1

 

 

判断是否是集合里的成员

int sigismember(const sigset_t *set, int signum);

是集合中成员返回1，不是返回0，函数出错返回-1

 

阻塞信 集函数

设置阻塞或者解除阻塞信 集

int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset);

how:

SIG_BLOCK 设置阻塞，应该是把set对应的位设置阻塞

SIG_UNBLOCK解除阻塞

SIG_SETMASK 把set设置为新的阻塞信 集

set:

传入的信 集

oldset:

旧的信 集，是一个传出参数，用来获取改变之前的阻塞信 集

 

未决信 集函数

获取未决信 集

int sigpending(sigset_t *set);

set:

传出参数，用于获取当前的未决信 集

 

 

5 打印未决信 集

6 信 捕捉

能防止进程意外死掉

 

在第3节信 的产生中已经使用了一个signal函数用来信 捕捉，不过由于signal这个单词常常有特定的含义，因此一般不用这个函数，而是用另外一个，sigaction

 

sigaction函数

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

signum: 要捕捉的信 编 （或者宏)

act: 传入的动作，不过这里不是一个直接的函数指针了，而是一个sigaction结构，结构的成员中有函数指针。结构定义在下边。

oldact: 传出参数，传出原动作

返回值：成功返回0失败-1

 

 

 

struct sigaction{

void (*sa_handler)(int); // 与signal函数一样的捕捉函数

void(*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *); // 一般不用，有点麻烦

sigset_t sa_mask; // 执行捕捉函数期间，临时屏蔽信 集

int sa_flags; // 一般填0，这个时候用第一个函数指针，SA_SIGINFO用第二个指针

void (*sa_restorer)(void); // 无效参数

};

 

 

sigaction捕捉信 案例

信 捕捉特性

信 屏蔽字中的信 会阻塞，阻塞会导致该信 一直处于未决状态，直到解除阻塞才会处理该信 ，处理信 可以用默认处理动作，也可以用自定义的动作函数，当使用自定义动作处理函数的时候，就称为信 的捕捉。注意屏蔽并不是忽略，忽略只是解除屏蔽之后一种可能的处理动作。

1. 捕捉信 时候，如果自定义的动作处理函数处理时间很长，在函数执行期间不使用PCB中的信 屏蔽字，而是使用信 捕捉函数sigaction中的sa_mask来指定动作处理函数执行期间的屏蔽字。
2. x信 的捕捉函数执行期间，x信 自动被屏蔽，也就是说，如果x信 的捕捉函数正在执行，又来了一个x信 ，则该信 阻塞，当当前捕捉函数执行完毕会再执行一次捕捉。
3. 阻塞的常规信 不支持排队，产生多次信 只记录一次。但是32个实时信 支持排队。

 

 

捕捉函数处理期间屏蔽两种信 ，一个是捕捉的信 本身，一个是sa_mask指定的信 。

 

7 内核实现捕捉过程

主函数执行过程因为中断、异常或系统调用进入内核

内核先处理当前进程中可以递送的信 （在PCB中）

如果是默认处理动作，直接在内核中完成

如果用户定义了捕捉函数，那么由内核态回到用户态，执行自定义动作函数，处理完成返回内核

内核再返回主函数中上次中断的位置继续向下执行

8 用SIGCHLD信 回收子进程

子进程暂停或者终止的时候会发送这个信

默认处理动作是忽略

我们可以通过捕捉SIGCHLD信 来回收子进程，就不用wait在那里等待回收了

 

案例：用SIGCHLD回收多个子进程

第一版代码：

因为子进程分别sleep了i秒，所以能依次得到回收，如果子进程都没有sleep呢能发生在捕获函数执行期间很多个子进程同时终止，当捕捉第一个SIGCHLD信 时候，捕捉函数执行期间其它SIGCHLD信 是自动屏蔽的，而且阻塞信 没有排队机制。

 

如下图，会发生回收不全的问题，当然，至少能回收到两个子进程。也就是说，如果只有两个子进程，是一定能被回收的，因此即使在一个被处理的时候一个被屏蔽，当第一个处理完成第二个就会解除屏蔽随后被处理。（这里没有考虑一种极端的情况，即父进程捕捉信 之前两个进程都结束了，也就是说sigaction函数还没执行两个子进程就终止了，此时可能会用自动处理动作，把信 忽略掉，这样就会都变成僵尸进程）

第二版代码：

 

解决上一版代码中的问题，如果在一个捕捉函数执行期间又有其它子进程终止

可以在自定义动作函数中设置只要收到一个信 ，就一直不退出动作函数，而是一个调用waitpid回收子进程，直到没有子进程可回收，这样在动作函数执行期间终止的子进程都能被回收到。

第三版代码：

如果sigaction捕捉函数执行之前，子进程就已经全部终止，则sigaction还没有捕捉到信 ，信 就被默认处理动作给忽略了，因此造成僵尸进程的存在。

解决方法，其实只要捕捉函数能捕捉到一个信 就足够了，这样在catch_sig函数中就能回收所有的子进程。

 

所以只需要在子进程死之前把信 给屏蔽掉，然后等执行到捕捉函数之后再解除屏蔽来处理，这样就不会被忽略导致捕捉函数没有捕捉到。