Linux信号 signal（）编程

清源子呀2023-10-13 15:55

在Linux的进程间通信中可以用signal（）函数进行信号与信息传递。

1.信号

信号的名字和编号：

每个信号都有一个名字和编号，这些名字都以"SIG"开头，例如"SIGIO "、"SIGCHLD"等等。

信号定义在signal.h头文件中，信号名都定义为正整数。

具体的信号名称可以使用kill -l来查看信号的名字以及序号，信号是从1开始编号的，不存在0号信号。kill对于信号0又特殊的应用。

信号的名称：

CLC@Embed_Learn:~/jinchengtongxin$ kill -l

  1. SIGHUP 2) SIGINT 3) SIGQUIT 4) SIGILL 5) SIGTRAP

  2. SIGABRT 7) SIGBUS 8) SIGFPE 9) SIGKILL 10) SIGUSR1

  3. SIGSEGV 12) SIGUSR2 13) SIGPIPE 14) SIGALRM 15) SIGTERM

  4. SIGSTKFLT 17) SIGCHLD 18) SIGCONT 19) SIGSTOP 20) SIGTSTP

  5. SIGTTIN 22) SIGTTOU 23) SIGURG 24) SIGXCPU 25) SIGXFSZ

  6. SIGVTALRM 27) SIGPROF 28) SIGWINCH 29) SIGIO 30) SIGPWR

  7. SIGSYS 34) SIGRTMIN 35) SIGRTMIN+1 36) SIGRTMIN+2 37) SIGRTMIN+3

  8. SIGRTMIN+4 39) SIGRTMIN+5 40) SIGRTMIN+6 41) SIGRTMIN+7 42) SIGRTMIN+8

  9. SIGRTMIN+9 44) SIGRTMIN+10 45) SIGRTMIN+11 46) SIGRTMIN+12 47) SIGRTMIN+13

  10. SIGRTMIN+14 49) SIGRTMIN+15 50) SIGRTMAX-14 51) SIGRTMAX-13 52) SIGRTMAX-12

  11. SIGRTMAX-11 54) SIGRTMAX-10 55) SIGRTMAX-9 56) SIGRTMAX-8 57) SIGRTMAX-7

  12. SIGRTMAX-6 59) SIGRTMAX-5 60) SIGRTMAX-4 61) SIGRTMAX-3 62) SIGRTMAX-2

  13. SIGRTMAX-1 64) SIGRTMAX

2.信号处理

信号的处理有三种方法，分别是：忽略、捕捉和默认动作

  • 忽略信号，大多数信号可以使用这个方式来处理，但是有两种信号不能被忽略（分别是 SIGKILL和SIGSTOP）。因为他们向内核和超级用户提供了进程终止和停止的可靠方法，如果忽略了，那么这个进程就变成了没人能管理的的进程，显然是内核设计者不希望看到的场景
  • 捕捉信号，需要告诉内核，用户希望如何处理某一种信号，说白了就是写一个信号处理函数，然后将这个函数告诉内核。当该信号产生时，由内核来调用用户自定义的函数，以此来实现某种信号的处理。
  • 系统默认动作，对于每个信号来说，系统都对应由默认的处理动作，当发生了该信号，系统会自动执行。不过，对系统来说，大部分的处理方式都比较粗暴，就是直接杀死该进程。

如何发送信号指令呢？

用kill命令

kill命令就是一个发送信号的工具，

kill 9 PID：杀死进程（使用ps指令来查看pid号）

kill -SIGKILL PID：杀死进程

3.信号简单编程

信号处理函数：signal函数

高级。。。。：sigaction函数

signal原型：

cpp 复制代码 
#include <signal.h>
typedef void (*sighandler_t)(int);
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

可以通俗的认为该函数：通过设置一个函数(回调函数)来处理捕获到异常信号时需要执行的操作，这个函数就是sighandler_t handler，接受信号的是 signum；

  • 根据函数原型可以看出由两部分组成，一个是真实处理信号的函数，另一个是注册函数了。

对于sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);函数来说，signum 显然是信号的编号，handler 是中断函数的指针。

  • 同样，typedef void (*sighandler_t)(int);中断函数的原型中，有一个参数是 int 类型，显然也是信号产生的类型，方便使用一个函数来处理多个信号。

kill函数原型：

cpp 复制代码 
       #include <sys/types.h>
       #include <signal.h>
 
       int kill(pid_t pid, int sig);

pid：输入进程pid号可以使用getpid（）函数

sig：要干什么的信号，可以直接输入信号名称的数字；如9，对应关闭进程

  • 示例代码：实现输入ctrl+c关闭不了程序，只有输入kill可以
cpp 复制代码 
#include <signal.h>
#include <stdio.h>
  //     typedef void (*sighandler_t)(int);
 
  //     sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
 
void handler(int signum)
{
	printf("get signal=%d\n",signum);
	switch(signum){
		case 2:
			printf("SIGINT\n");
			break;
		case 9:
			printf("SIGKILL");
			break;
	}
}
 
int main()
{
	
	signal(SIGINT,handler);
	signal(SIGKILL,handler);
 
	while(1);
 
	return 0;
}

结果：

！！要在别的命令窗口输入kill -9 pid 才能杀死进程！！！

  • 实现信号的忽略

通过在signal函数里写入SIG_IGN忽略信号的宏 实现

cpp 复制代码 
#include <signal.h>
#include <stdio.h>
  //     typedef void (*sighandler_t)(int);
 
  //     sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
 
void handler(int signum)
{
	printf("get signal=%d\n",signum);
	switch(signum){
		case 2:
			printf("SIGINT\n");
			break;
		case 9:
			printf("SIGKILL");
			break;
	}
}
 
int main()
{
	
	signal(SIGINT,SIG_IGN);//SIG_IGN忽略信号的宏
	signal(SIGKILL,SIG_IGN);
 
	while(1);
 
	return 0;
}

4.收发信号并携带信息

入门：上述实现了简单的信号收发通过发信号 kill和收信号 **signal，**但是，无法携带信息

要实现携带信息需要解决：

高级：

发信号sigqueue：①用什么发②怎么放入消息

收信号sigaction：①用什么绑定函数②如何读出消息

sigaction函数原型：

cpp 复制代码 
#include <signal.h>
int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);
 
struct sigaction {
   void       (*sa_handler)(int); //信号处理程序，不接受额外数据，SIG_IGN 为忽略，SIG_DFL 为默认动作
   void       (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *); //信号处理程序，能够接受额外数据和sigqueue配合使用
   sigset_t   sa_mask;//阻塞关键字的信号集，可以再调用捕捉函数之前，把信号添加到信号阻塞字，信号捕捉函数返回之前恢复为原先的值。
   int        sa_flags;//影响信号的行为SA_SIGINFO表示能够接受数据
 };
//回调函数句柄sa_handler、sa_sigaction只能任选其一

这个函数的原版帮助信息，可以通过man sigaction来查看。

注意此结构体的用法！！！

sigaction 是一个系统调用，根据这个函数原型，我们不难看出，在函数原型中**，第一个参数signum参数指出要捕获的信号类型；第二个参数act如果不为空说明需要对该信号有新的配置；第三个参数oldact如果不为空，那么可以对之前的信号配置进行备份，以方便之后进行恢复。**

sigaction函数的返回值为0表示成功，否则表示失败。如果成功，它将设置新的信号处理方式并清除旧的信号处理方式。如果失败，它将返回一个错误码

在这里额外说一下struct sigaction结构体中的 sa_mask 成员，设置在其的信号集中的信号，会在捕捉函数调用前设置为阻塞，并在捕捉函数返回时恢复默认原有设置。这样的目的是，在调用信号处理函数时，就可以阻塞默写信号了。在信号处理函数被调用时，操作系统会建立新的信号阻塞字，包括正在被递送的信号。因此，可以保证在处理一个给定信号时，如果这个种信号再次发生，那么他会被阻塞到对之前一个信号的处理结束为止。

sigaction 的时效性：当对某一个信号设置了指定的动作的时候，那么，直到再次显式调用 sigaction并改变动作之前都会一直有效。

关于结构体中的 flag 属性的详细配置，在此不做详细的说明了，只说明其中一点。如果设置为 SA_SIGINFO 属性时，说明了信号处理程序带有附加信息，也就是会调用 sa_sigaction 这个函数指针所指向的信号处理函数。否则，系统会默认使用 sa_handler 所指向的信号处理函数。在此，还要特别说明一下，sa_sigaction 和 sa_handler 使用的是同一块内存空间，相当于 union，所以只能设置其中的一个，不能两个都同时设置。

关于void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);处理函数来说还需要有一些说明。void* 是接收到信号所携带的额外数据；而struct siginfo这个结构体主要适用于记录接收信号的一些相关信息。

cpp 复制代码 
 siginfo_t {
               int      si_signo;    /* Signal number */
               int      si_errno;    /* An errno value */
               int      si_code;     /* Signal code */
               int      si_trapno;   /* Trap number that caused
                                        hardware-generated signal
                                        (unused on most architectures) */
               pid_t    si_pid;      /* Sending process ID */
               uid_t    si_uid;      /* Real user ID of sending process */
               int      si_status;   /* Exit value or signal */
               clock_t  si_utime;    /* User time consumed */
               clock_t  si_stime;    /* System time consumed */
               sigval_t si_value;    /* Signal value */  //输入参数
               int      si_int;      /* POSIX.1b signal */
               void    *si_ptr;      /* POSIX.1b signal */
               int      si_overrun;  /* Timer overrun count; POSIX.1b timers */
               int      si_timerid;  /* Timer ID; POSIX.1b timers */
               void    *si_addr;     /* Memory location which caused fault */
               int      si_band;     /* Band event */
               int      si_fd;       /* File descriptor */
}

其中的成员很多，si_signo 和 si_code 是必须实现的两个成员。可以通过这个结构体获取到信号的相关信息。

关于发送过来的数据是存在两个地方的，sigval_t si_value这个成员中有保存了发送过来的信息；同时，在si_int或者si_ptr成员中也保存了对应的数据。

发信号

sigqueue函数原型：

cpp 复制代码 
#include <signal.h>
int sigqueue(pid_t pid, int sig, const union sigval value);
union sigval {
   int   sival_int;
   void *sival_ptr;
 };
复制代码

其中，第一个参数指定接收信号的进程ID，第二个参数确定即将发送的信号，第三个参数是指向sigval结构体的指针，用于设置信号的值。如果将value设置为NULL，则表示使用默认值。

union sigval value 是用于设置信号值的结构体，它定义在头文件<signal.h>中。sigval结构体包含两个成员：sival_int和sival_ptr。

  • sival_int是一个整数类型，用于表示信号的值。如果传递一个整数值给value指针，则使用sival_int来存储该值。!!!携带信息
  • sival_ptr是一个指向指针的指针类型，用于表示信号的值。如果传递一个指针给value指针，则使用sival_ptr来存储该指针。

使用 sigaction 函数安装信号处理程序时，制定了 SA_SIGINFO 的标志。

sigaction 结构体中的 sa_sigaction 成员提供了信号捕捉函数。如果实现的是 sa_handler 成员，那么将无法获取额外携带的数据。

sigqueue 函数只能把信号发送给单个进程，可以使用 value 参数向信号处理程序传递整数值或者指针值。

sigqueue 函数不但可以发送额外的数据，还可以让信号进行排队（操作系统必须实现了 POSIX.1的实时扩展），对于设置了阻塞的信号，使用 sigqueue 发送多个同一信号，在解除阻塞时，接受者会接收到发送的信号队列中的信号，而不是直接收到一次。

但是，信号不能无限的排队，信号排队的最大值受到SIGQUEUE_MAX的限制，达到最大限制后，sigqueue 会失败，errno 会被设置为 EAGAIN。

代码收发演示：

收信号：

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
//     int sigaction(int signum, const struct sigaction *act,struct sigaction *oldact);
/*struct sigaction {
  void       (*sa_handler)(int); //信号处理程序，不接受额外数据，SIG_IGN 为忽略，SIG_DFL 为默认动作
  void       (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *); //信号处理程序，能够接受额外数据和sigqueue配合使用
  sigset_t   sa_mask;//阻塞关键字的信号集，可以再调用捕捉函数之前，把信号添加到信号阻塞字，信号捕捉函数返回之前恢复为原先的值。
  int        sa_flags;//影响信号的行为SA_SIGINFO表示能够接受数据
  };
//回调函数句柄sa_handler、sa_sigaction只能任选其一*/


void handler(int signum,siginfo_t *info, void *context)  //  void       (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *); 
{

	printf("get signum :%d\n",signum);


	if(context != NULL){

		printf("get data = %d\n",info->si_int);  /* POSIX.1b signal */

		printf("get data = %d\n",info->si_value.sival_int);   /* Signal value */  //输入参数
		printf("from :%d\n",info->si_pid);  /* Sending process ID */




	}	



}



int main()
{

	 struct sigaction act;
	act.sa_sigaction=handler;
	act.sa_flags=SA_SIGINFO;

	printf("get signal pid=%d\n",getpid());


	sigaction(SIGUSR1,&act,NULL);//SIGUSR1 用户自定义信号 默认处理：进程终止	

	while(1);



	return 0;
}

发信号：

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>
#include<signal.h>



int main(int argc,char **argv)
{
	int signum;
	int pid;

	signum=atoi(argv[1]);//ASCALL TO INT
	pid = atoi(argv[2]);


	union sigval value;
	value.sival_int = 12580;
	
	sigqueue(pid,signum,value);
	printf("pid=%d\n",getpid());




	return 0;
}

结果：

发现问题：

问si_value和si_int有啥区别，为啥输出一样？

si_value和si_int都是siginfo_t结构体的成员，用于存储与信号相关的信息。它们之间的区别如下：

  1. 类型不同：si_value是一个联合体类型，它可以存储不同类型的信号值，包括整型、长整型和指针类型等；而si_int是一个整型成员变量，用于存储信号的整数值。

  2. 存储的信息不同：si_value可以存储不同类型的信号值，例如SIGINT、SIGSEGV等信号的整数值、长整数值和指针值等；而si_int只能存储信号的整数值。

  3. 获取方式不同：在C语言中，可以使用si_value.sival_int来获取信号的整数值；而使用si_int可以直接获取信号的整数值，不需要再次引用联合体类型。

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