Linux进程之间的通讯（IPC）-- 信号

四信号

1. 信号概述

对于 Linux来说，实际信号是软中断，许多重要的程序都需要处理信号。信号，为 Linux 提供了一种处理异步事件的方法。比如，终端用户输入了 ctrl+c 来中断程序，会通过信号机制停止一个程序。

1.1 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。
在这里插入图片描述

1.2信号的处理：

信号的处理有三种方法，分别是：忽略、捕捉和默认动作
（1）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
（2）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。
（3）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。

1.3 信号处理函数

信号处理函数的注册
信号处理函数的注册不只一种方法，分为入门版和高级版

1、入门版：函数signal
2、高级版：函数sigaction

信号处理发送函数
信号发送函数也不止一个，同样分为入门版和高级版

1.入门版：kill
2.高级版：sigqueue

1.4 信号编程

1.4.1 signal

函数的原型：

 typedef void (*sighandler_t)(int)

函数指针，返回值为无

sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler)

第一个参数就是信号可以用kill -l查看哪个（shell指令），第二个参数就是上面的函数指针了。

下面是输入Ctrl + C这个信号让进程不会退出的代码signalDemo1.c

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

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

void handler(int signum)//收到信号（ctrl + c）让它执行我们希望执行的这个函数，而不是执行原有的默认动作。
{
        printf("get signum=%d\n",signum);
        printf("never quit\n");
}

int main()
{
        signal(SIGINT,handler);//注册信号

        while(1);
        return 0;
}

简单的总结一下，我们通过 signal 函数注册一个信号处理函数，分别注册了两个信号SIGIO和SIGUSER1；随后主程序就一直“长眠”了。
通过 kill 命令发送信号之前，我们需要先查看到接收者，通过 ps 命令查看了之前所写的程序的 PID，通过 kill 函数来发送。
对于已注册的信号，使用 kill 发送都可以正常接收到，但是如果发送了未注册的信号，则会使得应用程序终止进程。
那么，已经可以设置信号处理函数了，信号的处理还有两种状态，分别是默认处理和忽略，这两种设置很简单，只需要将 handler 设置为 SIG_IGN（忽略信号）或 SIG_DFL（默认动作）即可。
在此还有两个问题需要说明一下：
（1）当执行一个程序时，所有信号的状态都是系统默认或者忽略状态的。除非是调用exec进程忽略了某些信号。exec 函数将原先设置为要捕捉的信号都更改为默认动作，其他信号的状态则不会改变。
（2）当一个进程调动了 fork 函数，那么子进程会继承父进程的信号处理方式。

1.4.2 kill

kill 的函数原型

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

kil的使用

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


int main(int argc, char** argv)
{
    if(3 != argc)
    {
        printf("[Arguments ERROR!]\n");
        printf("\tUsage:\n");
        printf("\t\t%s <Target_PID> <Signal_Number>\n", argv[0]);
        return -1;
    }
    int pid = atoi(argv[1]);
    int sig = atoi(argv[2]);
    //int kill(pid_t pid, int sig);
    if(pid > 0 && sig > 0)
    {
        kill(pid, sig);
    }
    else
    {
        printf("Target_PID or Signal_Number MUST bigger than 0!\n");
    }
    
    return 0;
}

总结一下：
根据以上的结果可看到，基本可以实现了信号的发送，虽然不能直接发送信号名称，但是通过信号的编号，可以正常的给程序发送信号了，也是初步实现了信号的发送流程。

关于 kill 函数，还有一点需要额外说明，上面的程序限定了 pid 必须为大于0的正整数，其实 kill 函数传入的 pid 可以是小于等于0的整数。
pid > 0：将发送个该 pid 的进程
pid == 0：将会把信号发送给与发送进程属于同一进程组的所有进程，并且发送进程具有权限想这些进程发送信号。
pid < 0：将信号发送给进程组ID 为 pid 的绝对值得，并且发送进程具有权限向其发送信号的所有进程
pid == -1：将该信号发送给发送进程的有权限向他发送信号的所有进程。（不包括系统进程集中的进程）

1.4.3 sigaction

sigaction 的函数原型

#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

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应该就是注册的信号的编号，可以为除 SIGKILL 及 SIGSTOP 外的任何一个特定有效的信号；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。

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。

 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 */
               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 */
}
sigaction的使用
```c
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>


/** 信号处理函数 */
void signal_handler(int sig)
{
    printf("\nthis signal number is %d \n",sig);

    if (sig == SIGINT) {
        printf("I have get SIGINT!\n\n");
        printf("The signal is automatically restored to the default handler!\n\n");
        /** 信号自动恢复为默认处理函数 */
    }

}

int main(void)
{
    struct sigaction act;

    printf("this is sigaction function test demo!\n\n");

    /** 设置信号处理的回调函数 */
    act.sa_handler = signal_handler;
    
    /* 清空屏蔽信号集 */
    sigemptyset(&act.sa_mask); 

    /** 在处理完信号后恢复默认信号处理 */
    act.sa_flags = SA_RESETHAND;

    sigaction(SIGINT, &act, NULL);

    while (1)
    {
        printf("waiting for the SIGINT signal , please enter \"ctrl + c\"...\n\n");
        sleep(1);
    }
    
    exit(0);
}

#### **1.4.4  sigqueue**
**信号发送函数——高级版**
发送信号函数`sigqueue`原型：

```c
#include <signal.h>
int sigqueue(pid_t pid, int sig, const union sigval value);//第一个参数是发给谁pid；第二个参数是什么信号；第三个参数要发送的消息
union sigval {
   int   sival_int;//整形
   void *sival_ptr;//字符串
 };

信号携带消息编程
（1）接收端代码

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

//int sigaction(int signum, const struct sigaction *act,struct sigaction *oldact);
void handler(int signum, siginfo_t *info, void *context)//对收到的信号处理程序，能够接受额外数据和sigqueue配合使用
{
        printf("get signum %d\n",signum);

        if(context != NULL){//用context是否为空判断有没有信息传过来
                printf("get data=%d\n",info->si_int);//打印发送端的信号携带信息。
                printf("get data=%d\n",info->si_value.sival_int);//info结构体里面的value也是一个结构体，value里面的int型和info的结构体的int是一样的。
                printf("from:%d\n",info->si_pid);//打印info结构体里面的发送端pid值
        }
}

int main()
{
        struct sigaction act;//定义一个信号处理的结构体。
        printf("pid = %d\n",getpid());

        act.sa_sigaction = handler;//配置信号处理函数
        act.sa_flags = SA_SIGINFO;//flags配置这个宏是能够接收到信号携带的信息（be able to get message）

        sigaction(SIGUSR1,&act,NULL);//接收（注册）信号的函数
        while(1);

        return 0;
}

（2）发送端代码

#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

//int sigqueue(pid_t pid, int sig, const union sigval value);

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

        signum = atoi(argv[1]);
        pid = atoi(argv[2]);

        union sigval value;//发送信号时携带的信息放在这个结合体里，和信号接收端的siginfo_t结构体中的结构体sigval_t si_value对应的。
        value.sival_int = 100;//发送信号时携带的信息配置

        sigqueue(pid,signum,value);//发送信号及携带的信息。
        printf("%d done\n",getpid());

        return 0;
}