Linux系统编程---进程间Signal信号通信

0、说明

        在前面几篇博客笔记文章对Linux系统编程部分的进程知识体系做了完善的梳理，这篇文章将继续在前几篇的基础上，对Linux系统编程进程间通信的知识点进行讲解。

        本文主要对信号的内容进行讲解，因为内容比较多，所以信号集部分的内容，将在下一篇博客文章中进行梳理。

        有需要的博客网友，可以在我的Linux系统专栏中查询参考交流：

系统编程_奔跑的蜗牛！的博客-CSDN博客https://blog.csdn.net/weixin_49337111/category_12952742.html?spm=1001.2014.3001.5482

1、信号基础梳理

(1)、什么是信号？

        在Linux操作系统中，进程间通信（Inter-Process Communication, IPC）是一个重要的概念，它允许不同的进程之间交换信息或同步它们的行为。信号（signal）是一种基本的进程间通信机制，用于通知一个进程发生了某个特定事件。

        信号是一种异步通信机制，一般情况下，进程什么时候会收到信号、收到什么信号是无法事先预料的。（就像你家的门铃，你不知道它什么时候会响，但是门铃响的时候我们可以下楼开门(处理)）

(2)、Linux中的信号有哪些？

        在Linux终端中，可以通过 kill -l 查看系统支持的信号。

        可以看见，Linux 系统中有许多信号，其中前面 31 个信号都有一个特殊的名字，对应一个特殊的事件，比如 1 号信号 SIGHUP（Signal Hang UP），表示每当系统中的一个控制终端被关闭（即挂断，hang up）时，即会产生这个信号，有时会将他们称为非实时信号，这些信号都是从 Unix 系统继承下来的，它们还有个名称叫“不可靠信号”。

        这些信号有如下特点：

        ①、非实时信号不排队，信号的响应会相互嵌套（假设正在响应1号信号的时候收到9号信号则会在响应一号信号的过程中去响应9号信号）。

        ②、如果目标进程没有及时响应非实时信号，那么随后到达的该信号将会被丢弃。（被挂起的信号列表中是不存在相同的信号）

        ③、每一个非实时信号都对应一个系统事件，当这个事件发生时，将产生这个信号。（当某一个特定的系统时间会自动产生一个信号）

        ④、如果进程的挂起信号中含有实时和非实时信号，那么进程优先响应实时信号并且会从大到小依此响应，而非实时信号没有固定的次序。

        后面的 31 个信号（从 SIGRTMIN[34] 到 SIGRTMAX[64]）是 Linux 系统新增的实时信号，也被称为“可靠信号”。

        这些信号有如下特点：

        ①、实时信号的响应次序按接收顺序排队，不嵌套。

        ②、即使相同的实时信号被同时发送多次，也不会被丢弃，而会依次挨个响应。

        ③、实时信号没有特殊的系统事件与之对应。（需要用户自己去产生设置）

        下图为信号和其对应的注释说明：

        ①、上面这个表中列出来的信号的“值”，在 x86、PowerPC 和 ARM 平台下是有效的，但是别的平台的信号值可能跟这个表的不一致。

        ②、“备注”部分中注明的事件发生时会产生相应的信号，但并不是说该信号的产生就一定发生了这个事件。事实上，任何进程都可以使用函数 kill( )来产生任何信号。

        ③、信号 SIGKILL（9） 和 SIGSTOP（19）(18号信号也可能不能被捕获？？) 是两个特殊的信号，他们不能被忽略、阻塞或捕捉，只能按缺省动作来响应。

        除了这两个信号之外的其他信号，接收信号的目标进程按照如下顺序来做出反应：

        A) 如果该信号被阻塞，那么将该信号挂起，不对其做任何处理，等到解除对其阻塞为止。

                否则进入 B。

        B) 如果该信号被捕捉，那么进一步判断捕捉的类型：

                B1) 如果设置了响应函数，那么执行该响应函数。

                B2) 如果设置为忽略，那么直接丢弃该信号。

                否则进入 C。

        C) 执行该信号的缺省动作。

(3)、如何发信号给进程？

        方法一：

1）首先查看目标进程的PID号： ps -ef

Snail@ubuntu:~/Desktop/process$ ps -ef
UID          PID    PPID  C STIME TTY          TIME CMD
root           1       0  0 14:59 ?        00:00:05 /sbin/init auto noprompt
root           2       0  0 14:59 ?        00:00:00 [kthreadd]
root           3       2  0 14:59 ?        00:00:00 [pool_workqueue_release]
root           4       2  0 14:59 ?        00:00:00 [kworker/R-rcu_g]
...

2）通过kill命令发送某一信号给该进程，例如发送信号9，就是杀死进程。

kill -9 4630
kill -SIGKILL 4630  或者 kill -KILL 4630

        方法二：

        直接通过killall命令给进程名字发送信号

        killall -9 a.out

        killall -SIGKILL a.out 或者 killall -KILL a.out

       只要名字为a.out，都会收到这个信号。

2、信号API接口

(1)、发送信号给其它进程：kill

函数功能：向指定进程或者进程组，发送一个指定的信号函数原型：#include <sys/types.h>#include <signal.h>int kill(pid_t pid, int sig);函数参数：
pid：要发送信号的目标进程 ID。pid > 0：向 PID 等于 pid 的指定进程发送信号。pid == 0：向调用进程所在的进程组中的所有进程发送信号。pid < -1：向进程组 ID 等于 pid 的绝对值的所有进程发送信号。pid == -1：向所有有权限发送信号的进程发送信号（一般不包括某些系统进程）。sig：要发送的信号编号SIGTERM：终止进程。SIGKILL：强制终止进程。SIGHUP：挂起信号。SIGSTOP：暂停进程。SIGCONT：继续被暂停的进程。...函数返回值：成功时返回 0。出错时返回 -1，并设置 errno 表示错误原因。

(2)、捕捉信号：signal

函数功能：捕捉一个指定的信号，即预先为某信号的到来做好准备函数原型：#include <signal.h>typedef void (*sighandler_t)(int);sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);函数参数：signum：要捕获或忽略的信号编号。handler：指向自定义信号处理函数的指针。或者可以使用以下两个特殊值之一：SIG_DFL：使用默认处理方式（如终止进程）；SIG_IGN：忽略该信号。函数返回值：成功时返回前一个信号处理函数的指针（即旧的处理程序）。出错时返回 SIG_ERR，并设置 errno 表示错误原因。

(3)、挂起进程：pause

函数功能：用于挂起当前进程，直到它接收到一个信号为止。函数原型：#include <unistd.h>int pause(void);函数参数：void：NONE函数返回值：始终返回 -1，并且设置 errno 为 EINTR，表示被信号中断。

(4)、给自己发送信号：raise

函数功能：用于向当前进程发送一个信号（signal）。函数原型：#include <signal.h>int raise(int sig);函数参数：sig：要发送的信号编号。函数返回值：成功返回 0失败返回非零值   

3、信号的处理

 (1)、忽略（将信号丢弃）

signal(signum,SIG_IGN); //signal   ignore

(2)、 缺省（默认动作）

signal(signum,SIG_DFL);

(3)、捕捉（去执行指定的函数）

signal(signum,function);

(4)、阻塞（信号挂起）

        设置阻塞之后，来了阻塞的指定信号，并不是将信号丢弃，而是将信号挂起，等到解除阻塞之后才去响应这个信号。

        注意：9) SIGKILL 和 19) SIGSTOP 这两个信号不能被忽略，阻塞、捕捉。必须是执行默认动作。

4、编程实现

        signal_demo.c

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <signal.h>void signalHandle(int signum)
{printf("\nCautgh Signal:%d\n", signum);switch(signum){case SIGINT:printf("OK, you kill me success!\n");exit(signum);break;case SIGUSR1:printf("Hello, This signal from myself!\n");break;}
}int main(int argc, char **argv)
{signal(SIGINT, signalHandle);signal(SIGUSR1, signalHandle);int cnt = 0;while(1){printf("I am still alive!\n");sleep(3);if(++cnt == 5)    {raise(SIGUSR1);}}return 0;
}

        signal_demo.c文件执行的结果如下图所示：