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進程間通信--信號(進程間通信唯一的異步方式)

本文轉載自   查看原文   2017-08-15 16:21   1151 
一、信號的介紹

信號是在軟件層次上對中斷機制的一種模擬，是一種異步通信方式。


信號能夠直接進行用戶空間進程和內核進程之間的交互，內核進程也能夠利用它來通知用戶空間進程發生了那些系統事件。

假設該進程當前並未處於運行態，則該信號就由內核保存起來，直到該進程恢復運行再傳遞個它；假設一個信號被進程設置為堵塞。則該信號的傳遞被延遲，直到其堵塞取消時才被傳遞給進程。

二、linux操作系統支持的信號

A. kill  -l



B.經常使用信號的含義



三、信號的產生

A.用戶在終端按下某些鍵時，終端驅動程序會發送信號給前台進程，比如ctr+c產生SIGINT,  ctr + \產生SIGQUI信號。ctr + z產生SIGTSTP。


B.硬件異常產生信號，這些條件由硬件檢測到並通知內核，然后內核向當前進程發送適當的信號。比如當前進程運行了除以0的指令，CPU的運算單元會產生異常，內核將這個異常解釋為SIGFPE信號發送給進程。

再比方當前進程訪問了非法內存地址，MMU會產生異常。內核將這個異常解釋為SIGSEGV信號發送給當前進程 。


C.一個進程調用int kill(pid_t pid,int sig)函數能夠給還有一個進程發送信號

D.能夠用kill命令給某個進程發送信號，假設不明白指定信號則發送SIGTERM信號，該信號的默認處理動作是終止進程。

E.當內核檢測到某種軟件條件發生時也能夠通過信號通知進程，比如鬧鍾超時產生SIGALRM信號，向讀端已關閉的管道寫數據時產生SIGPIPE信號。

四、進程對信號的處理

A.忽略此信號
B.運行該信號的默認處理動作
C .提供一個信號處理函數，要求內核在處理該信號時切換到用戶態運行這個處理函數，這樣的方式成為捕捉(Catch)一個信號。
 

五、相關信號API

A.通過系統調用向一個指定的進程發送信號



參數說明:
第一個參數：指定發送信號的接收線程
第二個參數：信號的signum

案例一、
父進程從終端輸入signum,然后發給子進程


點擊(此處)折疊或打開

  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. }

運行結果例如以下:

B.捕捉一個信號

相應的API

其原型:

我們一般都是用第一個，也就是通過typedef改寫過的。


注意：signal函數我一般覺得其是向內核注冊當前進程收到信號的處理的方式。
signal(SIGINT,handler);


參數說明:

signum  :  指定信號
handler  :  SIG_IGN忽略該信號，SIG_DFL採用系統默認方式處理信號,自己定義的信號處理函數指針。

案例探究:

通過異步方式，給子進程收屍

注意：子進程在終止時會給父進程發SIGCHLD，該信號的默認處理動作是忽略。父進程能夠自己定義SIGCHLD信號的處理函數，這樣父進程僅僅須要專心處理自己的工作。不必關心子進程了。子進程終止時會通知父進程。父進程在信號處理函數中調用wait清理子進程就可以。



點擊(此處)折疊或打開

  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.     //想內核注冊，處理 SIGCHLD信號的方式
  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.鬧鍾函數alarm



larm()也稱為鬧鍾函數，它能夠在進程中設置一個定時器。當定時器指定的時間到時。內核就向進程發送SIGALARM信號。

seconds:指定的秒數，假設參數seconds為0。則之前設置的鬧鍾會被取消。並將剩下的時間返回。

成功:假設調用此alarm()前，進程中已經設置了鬧鍾時間，則放回上一個鬧鍾時間的剩余時間，否則返回0。

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

......

alarm(5);

出錯:-1

案例探究:


點擊(此處)折疊或打開

  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. }
運行結果例如以下：



案例二、綜合案例

使用FIFO實現clientA與clientB之間聊天
A.輸入quit后，兩個進程退出
B.假設在20秒內。沒有等到還有一端發來的消息，則覺得對方已不在。此時終止。

clientA:


點擊(此處)折疊或打開

  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);//璁劇疆瀹氭椂鍣?    
  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

點擊(此處)折疊或打開

  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);//璁劇疆瀹氭椂鍣?

        

  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.將進程掛起函數pause

解釋例如以下:



案比例如以下:

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