信号、signal 函数、sigaction 函数
文章目录
- 1.信号的基本概念
- 2.利用 kill 命令发送信号
- 3.信号处理的相关动作
- 4.信号与 signal 函数
- 4.1 signal 函数示例一
- 4.2 signal 函数示例二
- 5.利用 sigaction 函数进行信号处理
- 6.利用信号处理技术消灭僵尸进程
1.信号的基本概念
发送信号是进程之间常用的通信手段。信号用来通知某个进程发生了某一个事情,事情、信号都是突发事件,信号是异步发生的,信号也被称为“软件中断”。
信号如何产生:
- 某个进程发送给另外一个进程或者发送给自己
- 由内核发送给某个进程
- 通过在键盘上输入命令,如
Ctrl + C
、kill
- 内存访问异常、除数为 0 0 0 等等,硬件都会检测到并且通知内核
- 通过在键盘上输入命令,如
UNIX 以及类 UNIX 操作系统支持的信号数量各不相同。信号有名字,都是以 SIG
开头,如终端断开信号 SIGHUP
。其实,信号就是一些宏定义的正整数常量(从数字 1 1 1 开始)。
查找 signal.h
中 SIGHUP
的命令如下:
sudo find / -name "signal.h" | xargs grep -in "SIGHUP"
2.利用 kill 命令发送信号
创建一个 test.c
文件,其内容如下:
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>int main(int argc, char* const* argv)
{printf("你好,世界!\n");for (;;){sleep(1);printf("休息1秒\n");}printf("程序退出,再见!\n");return 0;
}
编译 test.c
的命令如下:
gcc test.c -o test
运行 test
的命令如下:
./test
查看 bash
进程和 test
进程的命令如下:
ps -eo pid,ppid,pgid,sid,tty,comm | grep -E 'bash|PID|test'
跟踪 test
进程的命令如下:
sudo strace -e trace=signal -p 1268
kill 1268
命令就是往 test
进程发送 SIGTERM
终止信号:
kill -2 1365
命令就是往 test
进程发送 SIGINT
中断信号:
关于 kill 命令及 Linux 系统支持的部分信号:https://wker.com/linux-command/kill.html
3.信号处理的相关动作
上面提到的 kill
命令只是发个信号,而不是单纯的杀死的意思。
当某个信号出现时,我们可以按三种方式之一进行处理:
- 执行系统默认动作,绝大多数信号的默认动作是杀死这个进程;
- 忽略该信号;
- 捕捉该信号,即自己写个处理函数,当信号来的时候,就调用处理函数来处理。
注意:SIGKILL
和 SIGSTOP
信号既不能被忽略,也不能被捕捉。
4.信号与 signal 函数
进程:“嘿,操作系统!如果我之前创建的子进程终止,就帮我调用 zombie_handler 函数。”
操作系统:“好的!如果你的子进程终止,我会帮你调用 zombie_handler 函数,你先把该函数要执行的语句编好!”
上述对话中进程所讲的相当于“注册信号”过程,即进程发现自己的子进程结束时,请求操作系统调用特定函数。该请求通过 signal 函数调用完成,因此称 signal 函数为信号注册函数。
#include <signal.h>void (*signal(int signo, void (*func)(int)))(int);// 为了在产生信号时调用,返回之前注册的函数指针
// 函数名:signal
// 参数:int signo, void(*func)(int)
// 返回类型:参数为int型,返回void型函数指针
调用上述函数时,第一个参数为特殊情况信息,第二个参数为特殊情况下将要调用的函数的地址值(指针)。发生第一个参数代表的情况时,调用第二个参数所指的函数。
// 子进程终止则调用mychild函数
signal(SIGCHLD, mychild);
// 常数SIGCHLD定义了子进程终止的情况,应成为signal函数的第一个参数
// 此时mychild函数的参数应为int,返回值类型应为void,只有这样才能成为signal函数的第二个参数
// 已到通过alarm函数注册的时间,请调用timeout函数
signal(SIGALRM, timeout);
// 输入CTRL+C时调用keycontrol函数
signal(SIGINT, keycontrol);
以上就是信号注册过程。注册好信号后,发生注册信号时(注册的情况发生时),操作系统将调用该信号对应的函数。
4.1 signal 函数示例一
下面首先介绍 alarm 函数。
#include <unistd.h>unsigned int alarm(unsigned int seconds);// 返回0或以秒为单位的距SIGALRM信号发生所剩时间
如果调用该函数的同时向它传递一个正整型参数,相应时间后(以秒为单位)将产生 SIGALRM 信号。若向该函数传递 0 0 0,则之前对 SIGALRM 信号的预约将取消。如果通过该函数预约信号后未指定该信号对应的处理函数,则(通过调用 signal 函数)终止进程,不做任何处理。
接下来给出信号处理相关示例。
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>// 定义信号处理函数,这种类型的函数称为信号处理器(Handler)
void timeout(int sig)
{if (sig == SIGALRM)puts("Time out!");// 为了每隔2秒重复产生SIGALRM信号,在信号处理器中调用alarm函数alarm(2);
}// 定义信号处理函数,这种类型的函数称为信号处理器(Handler)
void keycontrol(int sig)
{if (sig == SIGINT)puts("CTRL+C pressed");
}int main(int argc, char *argv[])
{int i;// 注册SIGALRM、SIGINT信号及相应处理器signal(SIGALRM, timeout);signal(SIGINT, keycontrol);// 预约2秒后发生SIGALRM信号alarm(2);// 为了查看信号产生和信号处理器的执行,提供每次100秒、共3次的等待时间,在循环中调用sleep函数。// 也就是说,再过300秒、约5分钟后终止程序,这是相当长的一段时间,但实际执行时只需不到10秒。for (i = 0; i < 3; i++){puts("wait...");sleep(100);}return 0;
}
编译运行:
gcc signal.c -o signal
./signal
输出结果:
上述是没有任何输入时的运行结果。
下面在运行过程中输入 CTRL+C,可以看到输出“CTRL+C pressed”字符串。
有一点必须说明:“发生信号时将唤醒由于调用 sleep 函数而进入阻塞状态的进程。”
调用函数的主体的确是操作系统,但进程处于睡眠状态时无法调用函数。因此,产生信号时,为了调用信号处理器,将唤醒由于调用 sleep 函数而进入阻塞状态的进程。而且,进程一旦被唤醒,就不会再进入睡眠状态。即使还未到 sleep 函数中规定的时间也是如此。所以,上述示例运行不到 10 10 10 秒就会结束,连续输入 CTRL+C 则有可能 1 1 1 秒都不到。
4.2 signal 函数示例二
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <errno.h>// 信号处理函数
void sig_usr(int signo)
{if (signo == SIGUSR1){printf("收到了SIGUSR1信号!\n");}else if (signo == SIGUSR2){printf("收到了SIGUSR2信号!\n");}else{printf("收到了未捕捉的信号%d!\n", signo);}
}int main(int argc, char* const* argv)
{// 系统函数,第一个参数是个信号,第二个参数是个函数指针,代表一个针对该信号的捕捉处理函数if (signal(SIGUSR1, sig_usr) == SIG_ERR){printf("无法捕捉SIGUSR1信号!\n");}if (signal(SIGUSR2, sig_usr) == SIG_ERR){printf("无法捕捉SIGUSR2信号!\n");}for (;;){sleep(1);printf("休息1秒\n");}printf("再见!\n");return 0;
}
5.利用 sigaction 函数进行信号处理
sigaction 函数,它类似于 signal 函数,而且完全可以代替 signal 函数,也更稳定。之所以稳定,是因为:“signal 函数在 UNIX 系列的不同操作系统中可能存在区别,但 sigaction 函数完全相同。”
实际上现在很少使用 signal 函数编写程序,它只是为了保持对旧程序的兼容。下面介绍 sigaction 函数,但只讲解可替换 signal 函数的功能,因为全面介绍会给各位带来不必要的负担。
#include <signal.h>int sigaction(int signo, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);// 成功时返回0,失败时返回-1。
// signo:与signal函数相同,传递信号信息。
// act:对应于第一个参数的信号处理函数(信号处理器)信息。
// oldact:通过此参数获取之前注册的信号处理函数指针,若不需要则传递0。
声明并初始化 sigaction 结构体变量以调用上述函数,该结构体定义如下:
struct sigaction
{void (*sa_handler)(int);sigset_t sa_mask;int sa_flags;
};
此结构体的 sa_handler 成员保存信号处理函数的指针值(地址值)。sa_mask 和 sa_flags 的所有位均初始化为 0 0 0 即可。这 2 2 2 个成员用于指定信号相关的选项和特性,而我们的目的主要是防止产生僵尸进程,故省略。
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>// #define _XOPEN_SOURCE 700void timeout(int sig)
{if (sig == SIGALRM)puts("Time out!");alarm(2);
}int main(int argc, char *argv[])
{int i;// 为了注册信号处理函数,声明sigaction结构体变量并在sa_handler成员中保存函数指针值struct sigaction act;act.sa_handler = timeout;// 调用sigemptyset函数将sa_mask成员的所有位初始化为0sigemptyset(&act.sa_mask);// sa_flags成员同样初始化为0act.sa_flags = 0;// 注册SIGALRM信号的处理器。调用alarm函数预约2秒后发生SIGALRM信号sigaction(SIGALRM, &act, 0);alarm(2);for (i = 0; i < 3; i++){puts("wait...");sleep(100);}return 0;
}
编译运行:
gcc sigaction.c -o sigaction
./sigaction
输出结果:
6.利用信号处理技术消灭僵尸进程
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <sys/wait.h>// #define _XOPEN_SOURCE 700void read_childproc(int sig)
{int status;pid_t id = waitpid(-1, &status, WNOHANG);if (WIFEXITED(status)){printf("Removed proc id: %d\n", id);printf("Child send: %d\n", WEXITSTATUS(status));}
}int main(int argc, char *argv[])
{pid_t pid;// 注册SIGCHLD信号对应的处理器。若子进程终止,则调用第7行中定义的函数。// 处理函数中调用了waitpid函数,所以子进程将正常终止,不会成为僵尸进程。struct sigaction act;act.sa_handler = read_childproc;sigemptyset(&act.sa_mask);act.sa_flags = 0;sigaction(SIGCHLD, &act, 0);// 创建子进程pid = fork();if (pid == 0) // 子进程执行区域{puts("Hi! I'm child process");sleep(10);return 12;}else // 父进程执行区域{printf("Child proc id: %d\n", pid);// 创建子进程pid = fork();if (pid == 0) // 另一个子进程执行区域{puts("Hi! I'm child process");sleep(15);exit(24);}else{int i;printf("Child proc id: %d\n", pid);// 为了等待发生SIGCHLD信号,使父进程共暂停5次,每次间隔5秒。// 发生信号时,父进程将被唤醒,因此实际暂停时间不到25秒。for (i = 0; i < 5; i++){puts("wait...");sleep(5);}}}return 0;
}
编译运行:
gcc remove_zombie.c -o zombie
./zombie
输出结果:
可以看出,子进程并未变成僵尸进程,而是正常终止了。
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