文章目录

信号
- 介绍
- 生命周期
- 信号处理
- 信号表示
- 信号分类
- 信号通信
- 常用信号
python signal

信号

介绍

信号signal的全称是软中断信号，是用来通知进程发生的异步事件，是在软件层次上对中断机制的一种模拟。原理上一个进程收到一个信号与CPU收到一个中断请求可以说是类似的。

信号是进程间通信机制中唯一的异步通信机制，一个进程不必通过任何操作来等待信号的到达。事实上进程也不必知道信号到底什么时候到达，进程之间可以相互通过系统调用kill发送软中断信号。内核也可以因为内部事件而给进程发送信号。通知进程发生了某个事件。信号机制除了基本的通知功能外，还可以传递附加信息。

信号是Linux系统编程中非常重要的概念，信号机制是进程间传递消息的一种机制，是异步进程中通信的一种方式。比如终端用户输出Ctrl+c来终端程序时会通过信号机制停止程序的执行。

信号的作用是通知进程发生了异步事件，进程之间可以调用系统传递信号，内核本身也可以发送信号给进程，告知该进程发生了某个事件。在应用层可以将消息传递给内核监控，当消息处理完毕后，内核将消息反馈给应用层，这样操作不会出现阻塞等待，保持信号处理的持续性。

相对于共享内存，信号更加偏向于系统层面，Linux系统也是通过信号管理进程的，而且系统规定了某些进程接收到某些信号后的行为。

一个进程一旦接收到信号就会打断原来的程序执行流程来处理信号。不过需要注意要的是，信号只是用来通知某进程发生了什么事件，并不会给该进程传递任何数据。

生命周期

对于一个完整的信号生命周期，从信号发送到相应的处理函数执行完毕来说，，可以以分为三个阶段：信号诞生、信号在进程中注册、信号的执行和注销。

信号诞生

信号事件的发生有两个来源分别是硬件来源和软件来源，最常用发送信号的系统函数是kill、raise、alarm、settimer、sigqueue，软件来源还包含一些非法运算等操作。

信号在目标进程中注册

在进程表的表项中有一个软中断信号域，该域中每一位对应一个信号。内核给一个进程发送软中断信号的方法，是在进程所在的进程表项的信号域中设置对应于该信号的位。如果信号发送给一个正在休眠的进程，此时如果进程睡眠在可被中断的优先级上则会唤醒进程，否则仅设置进程表中信号域相应的位而不唤醒进程。如果发送给一个处于正在运行状态的进程则只置相应的域即可。

信号的执行和注销

内核处理一个进程收到的软中断信号是在该进程的上下问，因此进程必须处于运行状态。当其被信号唤醒或正常调度重新获得CPU时，再从内核空间返回到用过户空间时会检测是否有信号等待处理。如果存在未决信号等待处理且该信号没有被进程阻塞，则在运行相应的信号处理函数前，进程会将信号在未决信号链中占有的结构卸掉。

信号处理

接收信号的进程对不同的信号有三种处理方式：指定处理函数、忽略、根据系统默认值处理（大部分信号的默认处理时终止进程）。

忽略信号

大多数信号可以使用忽略信号这种方式来处理，但有两种信号不能被忽略，分别是SIGKILL和SIGSTOP。因为它们向内核和超级与用户提供了进程终止和停止的可靠方法。如果忽略了，那么进程就会变的没人能够管理，显然这是内核设计者不希望看到的场景。

捕捉（指定处理函数）

需要告知内核用户希望如何处理某一种信号，简单来说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，由内核来调度用户自定义的函数，以此实现某种信号的处理。

系统默认动作

对于每个信号来说，系统都对应有默认的处理动作，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，也就是直接杀死该进程。

信号表示

每个信号都有一个名字和编号，这些名字都是以SIG开头，信号定义在signal.h头文件中，其中信号名都定义为正整数，具体的信号名称可以通过kill -l来查看。信号是从1开始编号，不存在0号信号，因为kill对信号0有特殊的应用。

对于常用的kill命令其实是一个发送信号的工具，比如使用kill -9 PID来杀死指定PID的进程，其中-9表示信号列表中9号即SIGKILL信号，表示杀死该进程的信号。

信号分类

POSIX标准规则信号regular signal 1-31
实时信号real-time signal 32-63

信号通信

被动式
内核检测到一个系统事件，比如子进程退出时会向父进程发送SIGCHLD信号，当键盘按下Ctrl+C时会发送SIGINT信号等。
主动式
比如通过系统调用kill向指定进程发送信号

常用信号

SIGINT 表示键盘按下Ctrl+c键时会发送给前台的每一个进程。
SIGQUIT 表示键盘按下Ctrl+\键
SIGSTP 表示键盘按下Ctrl+z键
SIGKILL 表示结束某个进程，不能被忽略处理。
SIGALRM 表示时钟信号，常用作定时器。
SIGSTOP表示暂停某个进程，且不能被忽略处理。
SIGCHLD表示子进程发送给父进程信号

可以在终端输入kill -l命令查看系统支持的所有信号列表
在信号列表中，34号之后的信号尚未定义。
进程结束信号可使用SIGKILL和SIGTERM

对于SIGKILL结束信号时，进程是不能忽略的，该信号意味着不管进程正在做什么都必须立即停止。
对于SIGTERM结束信号是比较友好的，进程能捕捉到这个信号，会根据用户的需要来关闭程序。在关闭程序之前，可以结束打开的记录文件和完成正在做的任务。在某些情况下，假如进程正在进行作业而且不能中断，那么进程可以忽略这个SIGTERM信号。

python signal

尽管signal是Python中的模块，但主要针对UNIX平台，而Windows内核中由于对信号机制支持不充分，所以在Windows上的Python不能发会信号系统的功能。

Python的signal模块负责程序内部的信号处理，典型的操作包括信号处理函数、暂停并等待信号，定时发出SIGALRM等。

信号名称

import signal
# 连接中断
signal.SIGUP
# 非法指令
signal.SIGILL
# 终止进程  SIGINT信号编号为2，当按下键盘CTRL+c组合键时进程会收到此信号，用于终止进程。
signal.SIGINT
# 暂停进程
signal.SIGSTOP
# 杀死进程 SIGKILL信号用于强制杀死进程，此信号进程无法忽视，直接在系统层面将进程杀死，所以在Python中它是不能监听的。
signal.SIGKILL
# 终端退出
signal.SIGQUIT
# 终止信号
signal.SIGTERM
# 闹钟信号，由signal.alarm()发起。
signal.SIGALRM
# 继续执行暂停进程
signal.SIGCONT

信号处理函数

# 设置发送SIGALRM信号的定时器
signal.alarm(time)
# 功能：在time秒后向进程自身发送SIGALRM信号
# 参数：time为时间参数，单位为秒。
import signal, time
# 3秒后终止程序
signal.alarm(3)
while True:time.sleep(1)print("working")# 一个进程中只能设置一个时钟，如果设置第二个则会覆盖第一个的时间，并返回第一个的剩余时间，同时第一个闹钟返回为0。
# 3秒后终止程序
print(signal.alarm(3)) # output:0
time.sleep(1)
print(signal.alarm(3)) # output:2while True:time.sleep(1)print("working")# 使用signal.pause阻塞函数，让进程暂停以等待信号，也就时阻塞进程执行，简单来说当接收到信号后使进程停止。
# 3秒后终止程序
print(signal.alarm(3)) # output:0
time.sleep(1)
print(signal.alarm(3)) # output:2# 阻塞等待信号的发生，无论什么信号都可以。 作用：使程序进入休眠直到程序接收到某个信号量
signal.pause()while True:time.sleep(1)print("working")

设置信号处理函数

signal.signal(sig, handler)
# 功能：按照handler处理器制定的信号处理方案处理函数参数：sig拟需处理的信号 ，处理信号只针对这一种信号其作用。handler信号处理方案，进程可以无视信号采取默认操作也可自定义操作。

当handler为下列函数时将有如下操作

SIG_IGN信号被无视ignore或忽略
SIG_DFL进程采用默认default行为处理
function处理器handler作为函数名称时，进程采用自定义函数处理。
SIGSTOP SIGKILL不能处理只能采用

import signal, time# 3秒后终止程序
signal.alarm(3)
# 当遇到SIGINT即CTRL+C时忽略SIG_IGN
signal.signal(signal.SIGINT, signal.SIG_IGN)
# 阻塞等待信号的发生，无论什么信号都可以。
signal.pause()

信号拦截
为什么需要设置信号拦截呢？如果使用多线程或多协程，为了防止主线程结束而子线程和子协程还在运行，此时就需要使用signal模块，使用signal模块可以绑定一个处理函数，当接收步到信号的时候不会立即结束程序。

在Python中拦截信号通常有两种方式

第一种是发出kill信号

#SIGTERM 表示关闭程序信号
signal.signal(signal.SIGTERM, self._term_handler)

第二种是发出CTRL+C信号

#SIGINT表示CTRL+C信号
signal.signal(signal.SIGINT, self._term_handler)

在多线程多协程的程序设计时，一般多线程或的多协程程序在设计时应该设计一个程序终止标记，当收到终止信号的时候，让终止标记状态由False修改为True，此时运行的程序只有终止标记在False状态下时才能够以运行。如果由需要休眠的协程，还应给协程增加一个休眠标记，当程序休眠的时候休眠标记设置为True，当收到终止信号的时候，不仅仅要把终止标记设置为True，还要将休眠中的协程结束掉。

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