訊號通訊

什麼是訊號？

在作業系統中，當我們無正常結束一程式時，可以用工作管理員強行結束這個程序。在unix/linux 中，具體的實現過程是通過程序A 生成一個訊號併發射出去，執行中的程序B捕獲到這個訊號然後根據這個訊號的特定意義做出相應的操作。
訊號是UNIX 和Linux 系統響應某些條件而產生的一個事件，接收到該訊號的程序會相應地採取一些行動。訊號的處理實質是能軟體中斷這樣的機制來實現的。
通常訊號是由一個錯誤產生的。但它們還可以作為程序間通訊或修改行為的一種方式，明確地由一個程序傳送給另一個程序。

訊號的種類

在linux 系統中預定義了多種訊號，主要分佈在標頭檔案signal.h 中，訊號都以SIG 開頭。
可以通過以下方式檢視：#kill -l

說明：
程式不可捕獲、阻塞或忽略的訊號有：SIGKILL,SIGSTOP
不能恢復至預設動作的訊號有：SIGILL,SIGTRAP
預設會導致程序流產的訊號有：SIGABRT,SIGBUS,SIGFPE,SIGILL,SIGIOT,
SIGQUIT,SIGSEGV,SIGTRAP,SIGXCPU,SIGXFSZ
預設會導致程序退出的訊號有:SIGALRM,SIGHUP,SIGINT,SIGKILL,
SIGPIPE,SIGPOLL,SIGPROF,SIGSYS,SIGTERM,SIGUSR1,SIGUSR2，SIGVTALRM
預設會導致程序停止的訊號有：SIGSTOP,SIGTSTP,SIGTTIN,SIGTTOU
預設程序忽略的訊號有：SIGCHLD,SIGPWR,SIGURG,SIGWINCH

訊號的工作原理

a.程序A 向核心設定程序B 訊號
b.核心管理訊號，並在訊號成立時向程序B 發射訊號
c.程序B 捕獲到訊號並執行響應

整個通訊過程中，不同階段使用不同的介面函式
1）傳送階段

kill 函式
raise 函式
alarm 函式

2）處理階段

signal 函式

3）接收階段

while(1);
sleep();
pause();

下面分別介紹訊號通訊過程中，每個階段所使用到的函式介面

訊號的傳送

kill 函式實現向程序傳送訊號
標頭檔案

#include <sys/types.h>
#include <signal.h>
 

函式原型

    int kill(pid_t pid, int sig);

返回值

成功：0
失敗：-1

引數列表

pid_t pid：要操作的程序PID
int sig : 傳送的訊號（訊號序號或者訊號名）

示例：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <signal.h>
int main()
{
    int pid,sig;
    while(1)
    {
        printf("please input process pid and sig:\n");
        scanf("%d%d", &pid,&sig);
        //傳送指定訊號給指定程序
        kill(pid,sig);
    }
    return 0;
}

raise 函式用於傳送訊號給自己
標頭檔案

#include <signal.h>

函式原型

int raise(int sig);

返回值

成功返回0，失敗返回非0

引數

Sig：傳送的訊號

示例：使用raise 實現自殺

#include <stdio.h> 
#include <unistd.h>
#include <signal.h>

int main()
{

    printf("raise before \n");
    raise(9);
    printf("raise after \n");

    return 0;
}

執行結果：

xie@ubuntu:/mnt/hgfs/share/ISP/pratice8.9$ vi raise.c 
xie@ubuntu:/mnt/hgfs/share/ISP/pratice8.9$ gcc raise.c -o  raise
xie@ubuntu:/mnt/hgfs/share/ISP/pratice8.9$ ./raise
raise before 
Killed
xie@ubuntu:/mnt/hgfs/share/ISP/pratice8.9$ 

以上程式碼中，執行完raise 函式後，並沒有列印raise after，說明raise 設定的訊號是立即有效的。

alarm 函式用於實現延時觸發訊號給自己。
函式說明
用來設定訊號在經過引數seconds 指定的秒數後傳送給目前的程序.
標頭檔案

#include <unistd.h>

函式原型

unsigned int alarm(unsigned int seconds);

引數

seconds，定時時間，單位為秒

返回值

返回之前鬧鐘的剩餘秒數, 如果之前未設鬧鐘則返回0

示例：

#include <stdio.h> 
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
int main()
{
    int i=0;
    printf("alarm before \n");
    alarm(9);
    printf("raise after \n");
    while(i<15)
    {
        printf("cnt=%d\n",++i);
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

執行結果：

alarm before 
raise after 
cnt=1
cnt=2
cnt=3
cnt=4
cnt=5
cnt=6
cnt=7
cnt=8
cnt=9
Alarm clock
xie@ubuntu:/mnt/hgfs/share/ISP/pratice8.9$

pause 函式用於實現程序的休眠
標頭檔案

#include <unistd.h>

函式原型

int pause(void);

示例：

#include <stdio.h> 
#include <unistd.h>
#include <signal.h>

int main(int argc, char **argv)
{
    printf("pid = %d\n", getpid());
    pause();
    printf("pause done \n");

    return 0;
}

執行結果：

xie@ubuntu:/mnt/hgfs/share/ISP/pratice8.9$ ./pause
pid = 3125
^C          //ctrl+c
xie@ubuntu:/mnt/hgfs/share/ISP/pratice8.9$

以上程式碼中，程序呼叫pause 後會一直處理休眠態，這時可以按下ctrl + C 來結束程序。

訊號的處理

通過前面的學習，我們已經知道，當核心接收到訊號後，會在相應時間內對程序作出操作，而這樣的操作都是訊號的預設操作，如
alarm 函式實現的是配置14) SIGALRM 終止程序
ctrl+c 2) SIGINT 終止程序
kill 9) SIGKILL 終止程序
ctrl+z 20) SIGTSTP 暫停程序
可是，在很多實際情況下，當觸發出訊號後，我們並不打算讓核心來中止或者暫停我們的程序，而是中斷跳出處理其他事，完了再回來這時我們該怎麼辦? 可以採用signal 來處理

signal 函式用於獲捕訊號
標頭檔案

#include <signal.h>

函式原型

typedef void (*sighandler_t)(int);
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

返回值

    sighandler_t 是一個函式指標變數，含有一個整形引數，即訊號編號，返回值是void
如果返回負數，則出錯。

引數列表

訊號signum
函式指標sighandler_t handler，是一個系統的回撥函式，可取以下三種情況
a.SIG_IGN 忽略本次觸發的訊號
b.SIG_DFL 採用系統預設的方式處理
c.自定義的訊號處理函式指標

示例：請為SIGALRM 自定義一個對應的處理函式。

#include  <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>

void alarm_handler(int signum)
{
    int i=0;
    while(i<10)
    {
        printf("alarm handler, signum = %d\n", signum);
        i++;
        sleep(1);
    }
    return ;
}

int main(int argc, char **argv)
{
    int i=0;
    //新增處理函式
    int ret;
    ret = (int)signal(SIGALRM, alarm_handler);
    if(ret < 0)
    {
        printf("fail to signal \n");
        return -1;
    }
    //延遲觸發SIGALRM訊號
    printf("alarm before \n");
    alarm(10);
    printf("alarm after \n");

    while(i<20)
    {
        printf("main handler, cnt = %d\n",++i);
        sleep(1);
    }
    while(1);
    return 0;
}

執行結果：

[email protected]:/mnt/hgfs/share/ISP/pratice8.9$ ./signal
alarm before 
alarm after 
main handler, cnt = 1
main handler, cnt = 2
main handler, cnt = 3
main handler, cnt = 4
main handler, cnt = 5
main handler, cnt = 6
main handler, cnt = 7
main handler, cnt = 8
main handler, cnt = 9
main handler, cnt = 10
alarm handler, signum = 14
alarm handler, signum = 14
alarm handler, signum = 14
alarm handler, signum = 14
alarm handler, signum = 14
alarm handler, signum = 14
alarm handler, signum = 14
alarm handler, signum = 14
alarm handler, signum = 14
alarm handler, signum = 14
main handler, cnt = 11
main handler, cnt = 12
main handler, cnt = 13
main handler, cnt = 14
main handler, cnt = 15
main handler, cnt = 16
main handler, cnt = 17
main handler, cnt = 18
main handler, cnt = 19
main handler, cnt = 20

如果把ret = (int)signal(SIGALRM, alarm_handler);中的alarm_handler換成SIG_IGN（遮蔽該訊號），結果將會是如下：

[email protected]:/mnt/hgfs/share/ISP/pratice8.9$ ./signal
alarm before 
alarm after 
main handler, cnt = 1
main handler, cnt = 2
main handler, cnt = 3
main handler, cnt = 4
main handler, cnt = 5
main handler, cnt = 6
main handler, cnt = 7
main handler, cnt = 8
main handler, cnt = 9
main handler, cnt = 10
main handler, cnt = 11
main handler, cnt = 12
main handler, cnt = 13
main handler, cnt = 14
main handler, cnt = 15
main handler, cnt = 16
main handler, cnt = 17
main handler, cnt = 18
main handler, cnt = 19
main handler, cnt = 20

如果把ret = (int)signal(SIGALRM, alarm_handler);中的alarm_handler換成SIG_DFL（恢復預設訊號處理方式），結果將會是如下：

xie@ubuntu:/mnt/hgfs/share/ISP/pratice8.9$ ./signal
alarm before 
alarm after 
main handler, cnt = 1
main handler, cnt = 2
main handler, cnt = 3
main handler, cnt = 4
main handler, cnt = 5
main handler, cnt = 6
main handler, cnt = 7
main handler, cnt = 8
main handler, cnt = 9
main handler, cnt = 10
Alarm clock
xie@ubuntu:/mnt/hgfs/share/ISP/pratice8.9$