一、什么是信号
1、概念
信号是在软件层次上对中断机制的一种模拟，是一种异步通信方式 ，所有信号的产生及处理全部都是由内核完成的。
2、信号的产生
- 按键产生
- 系统调用函数产生（比如raise， kill）
- 硬件异常
- 命令行产生 （kill）
- 软件条件（比如被0除，访问非法内存等）
3、信号处理方式
常用信号：
| 信号名 | 含义 | 默认操作 |
|---|
| SIGHUP | 该信号在用户终端关闭时产生，通常是发给和该 终端关联的会话内的所有进程 | 终止 |
| SIGINT | 该信号在用户键入INTR字符(Ctrl-C)时产生，内 核发送此信号送到当前终端的所有前台进程 | 终止 |
| SIGQUIT | 该信号和SIGINT类似，但由QUIT字符(通常是 Ctrl-)来产生 | 终止 |
| SIGILL | 该信号在一个进程企图执行一条非法指令时产生 | 终止 |
| SIGSEV | 该信号在非法访问内存时产生，如野指针、缓 冲区溢出 | 终止 |
| SIGPIPE | 当进程往一个没有读端的管道中写入时产生，代 表“管道断裂” | 终止 |
| 信号名 | 含义 | 默认操作 |
|---|
| SIGKILL | 该信号用来结束进程，并且不能被捕捉和忽略 | 终止 |
| SIGSTOP | 该信号用于暂停进程，并且不能被捕捉和忽略 | 暂停进程 |
| SIGTSTP | 该信号用于暂停进程，用户可键入SUSP字符( 通常是Ctrl-Z)发出这个信号 | 暂停进程 |
| SIGCONT | 该信号让进程进入运行态 | 继续运行 |
| SIGALRM | 该信号用于通知进程定时器时间已到 | 终止 |
| SIGUSR1/2 | 该信号保留给用户程序使用 | 终止 |
| SIGCHLD | 是子进程状态改变发给父进程的。 | 忽略 |
信号命令：
kill [-signal] pid
killall [-u user | prog]
kill -l 查看信号数字编号
信号函数：
int kill（pid_t pid, int signum）
pid: > 0:发送信号给指定进程
= 0：发送信号给跟调用kill函数的那个进程处于同一进程组的进程。
< -1: 取绝对值，发送信号给该绝对值所对应的进程组的所有组员。
= -1：发送信号给，有权限发送的所有进程。
signum：待发送的信号
int raise(int sig); // 给自己发信号，等价于kill(getpid(), signo);
二、定时器函数
1、alarm
unsigned int alarm(unsigned int seconds);
功能：定时发送SIGALRM给当前进程
参数：seconds：定时秒数
返回值：上次定时剩余时间。
2、ualarm （循环发送）
ualarm （循环发送）
useconds_t ualarm(useconds_t usecs, useconds_t interval);
以useconds为单位，第一个参数为第一次产生时间，第二个参数为间隔产生
3、setitimer
int setitimer(int which, const struct itimerval *new_value, struct itimerval *old_value);
功能：定时的发送alarm信号
参数：
which： ITIMER_REAL：以逝去时间递减。发送SIGALRM信号
ITIMER_VIRTUAL: 计算进程（用户模式）执行的时间。 发送SIGVTALRM信号
ITIMER_PROF: 进程在用户模式（即程序执行时）和核心模式（即进程调度用时）均计算时间。 发送SIGPROF信号
new_value： 负责设定 timout 时间
old_value： 存放旧的timeout值，一般指定为NULL
struct itimerval {
struct timeval it_interval; // 闹钟触发周期
struct timeval it_value; // 闹钟触发时间
};
struct timeval {
time_t tv_sec; /* seconds */
suseconds_t tv_usec; /* microseconds */
};
三、信号捕捉
信号捕捉过程：
- 定义新的信号的执行函数handle。
- 使用signal/sigaction 函数，把自定义的handle和指定的信号相关联。
signal函数：
typedef void (*sighandler_t)(int);
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
功能：捕捉信号执行自定义函数
返回值：成功时返回原先的信号处理函数，失败时返回SIG_ERR
参数：
signo 要设置的信号类型
handler 指定的信号处理函数: SIG_DFL代表缺省方式; SIG_IGN 代表忽略信号;
系统建议使用sigaction函数，因为signal在不同类unix系统的行为不完全一样。
sigaction函数：
int sigaction(int signum, const struct sigaction *act,struct sigaction *oldact);
struct sigaction {
void (*sa_handler)(int);
void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);
sigset_t sa_mask;
int sa_flags;
void (*sa_restorer)(void);
}
参数：
signum：处理的信号
act,oldact: 处理信号的新行为和旧的行为，是一个sigaction结构体。
sigaction结构体成员定义如下：
sa_handler： 是一个函数指针，其含义与 signal 函数中的信号处理函数类似
sa_sigaction： 另一个信号处理函数，它有三个参数，可以获得关于信号的更详细的信息。
sa_flags参考值如下：
SA_SIGINFO：使用 sa_sigaction 成员而不是 sa_handler 作为信号处理函数
SA_RESTART：使被信号打断的系统调用自动重新发起。
SA_RESETHAND：信号处理之后重新设置为默认的处理方式。
SA_NODEFER：使对信号的屏蔽无效，即在信号处理函数执行期间仍能发出这个信号。
re_restorer：是一个已经废弃的数据域
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/time.h>
void handle(int sig) {
if(sig == SIGINT) {
printf("Catch the SIGINT\n");
}else if(sig == SIGALRM) {
printf("Catch the SIGALRM\n");
}
}
int main() {
struct sigaction act;
act.sa_handler = handle;
act.sa_flags = 0;
sigemptyset(&act.sa_mask);
struct itimerval timevalue;
timevalue.it_interval.tv_sec = 1;
timevalue.it_interval.tv_usec = 0;
timevalue.it_value.tv_sec = 5;
timevalue.it_value.tv_usec = 0;
setitimer(ITIMER_REAL, &timevalue, NULL);
sigaction(SIGALRM, &act, NULL);
while(1) {
sleep(1);
}
}
四、定时器的实现
使用SIGCHLD信号实现回收子进程，SIGCHLD的产生条件：
- 子进程终止时
- 子进程接收到SIGSTOP信号停止时
- 子进程处在停止态，接受到SIGCONT后唤醒时
五、信号集及信号阻塞
1、什么是信号阻塞
有时候不希望在接到信号时就立即停止当前执行，去处理信号，同时也不希望忽略该信号，而是延时一段时间去调用信号处理函数。这种情况可以通过阻塞信号实现。
信号的状态：
信号递达（Delivery ）：实际信号执行的处理过程(3种状态：忽略，执行默认动作，捕获)
信号未决（Pending）：从产生到递达之间的状态
2、信号集操作函数
sigset_t set; 自定义信号集。 是一个32bit 64bit 128bit的数组。
sigemptyset(sigset_t *set); 清空信号集
sigfillset(sigset_t *set); 全部置1
sigaddset(sigset_t *set, int signum); 将一个信号添加到集合中
sigdelset(sigset_t *set, int signum); 将一个信号从集合中移除
sigismember（const sigset_t *set，int signum); 判断一个信号是否在集合中。
设定对信号集内的信号的处理方式(阻塞或不阻塞)
#include <signal.h>
int sigprocmask( int how, const sigset_t *restrict set, sigset_t *restrict oset );
返回值：若成功则返回0，若出错则返回-1
首先，若oset是非空指针，那么进程的当前信号屏蔽字通过oset返回。
其次，若set是一个非空指针，则参数how指示如何修改当前信号屏蔽字。
how可选用的值：（注意，不能阻塞SIGKILL和SIGSTOP信号）
SIG_BLOCK ： 把参数set中的信号添加到信号屏蔽字中
SIG_UNBLOCK： 从信号屏蔽字中删除参数set中的信号
SIG_SETMASK： 把信号屏蔽字设置为参数set中的信号
int pause(void);
进程一直阻塞，直到被信号中断，返回值：-1 并设置errno为EINTR
函数行为：
1如果信号的默认处理动作是终止进程，则进程终止，pause函数么有机会返回。
2如果信号的默认处理动作是忽略，进程继续处于挂起状态，pause函数不返回
3 如果信号的处理动作是捕捉，则调用完信号处理函数之后，pause返回-1。
4 pause收到的信号如果被屏蔽，那么pause就不能被唤醒
int sigsuspend(const sigset_t *sigmask);
功能：将进程的屏蔽字替换为由参数sigmask给出的信号集，然后挂起进程的执行
参数：
sigmask：希望屏蔽的信号
六、消息队列
（一）什么是消息队列
- 消息队列是System V IPC对象的一种
- 消息队列由消息队列ID来唯一标识
- 消息队列就是一个消息的列表。用户可以在消息队列中添加消息、读取消息等。
- 消息队列可以按照类型来发送(添加)/接收（读取）消息
（二）使用步骤
1、发送端
- 申请key
- 打开/创建消息队列 msgget
- 向消息队列发送消息 msgsnd
2、接收端
- 打开/创建消息队列 msgget
- 从消息队列接受消息 msgrcv
- 控制（删除）消息队列 msgctl
3、函数
- msgget
int msgget(key_t key, int flag);
功能：创建或打开一个消息队列
参数：
key值
flag：创建消息队列的权限IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666
返回值：成功：msgid；失败：-1
- msgsnd
int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t size, int flag);
功能：往消息队列中添加消息
参数：
msqid：消息队列的ID
msgp：指向消息的指针，指向一个消息结构体（需自己创建）
常用消息结构msgbuf如下：
struct msgbuf{
long mtype; //消息类型
char mtext[N] //消息正文
}；
size：发送的消息正文的字节数（即除了结构体消息类型的剩余大小）。
flag：
IPC_NOWAIT消息没有发送完成函数也会立即返回
0：直到发送完成函数才返回
返回值：成功：0；失败：-1
使用：msgsnd(msgid, &msg,sizeof(msg)-sizeof(long), 0)
注意：消息结构除了第一个成员必须为long类型外，其他成员可以根据应用的需求自行定义。
- msgrcv
int msgrcv(int msgid, void* msgp, size_t size, long msgtype, int flag);
功能：读取消息
参数：
msgid：消息队列的ID
msgp：存放读取消息的空间
size：接受的消息正文的字节数
msgtype：
0：接收消息队列中第一个消息。
0：接收消息队列中第一个类型为msgtyp的消息.
<0：接收消息队列中类型值不小于msgtyp的绝对值且类型值又最小的消息。
flag：
0：若无消息函数会一直阻塞
IPC_NOWAIT：若没有消息，进程会立即返回ENOMSG
返回值：成功：接收到的消息的长度；失败：-1
- msgctl
int msgctl ( int msgqid, int cmd, struct msqid_ds *buf );
功能：对消息队列的操作，删除消息队列
参数：
msqid：消息队列的队列ID
cmd：
IPC_STAT：读取消息队列的属性，并将其保存在buf指向的缓冲区中。
IPC_SET：设置消息队列的属性。这个值取自 buf参数。
IPC_RMID：从系统中删除消息队列。
buf：消息队列缓冲区
返回值：成功：0；失败：-1
用法：要删除消息队列就用→ msgctl（msgid, IPC_RMID, NULL）
七、信号灯
- 信号灯机制
- 信号灯初始化
- 打开/创建信号灯
- 信号灯-P操作
- 信号灯-V操作
- 信号灯、共享内存
（一）信号量/灯（semaphore）
信号量代表某一类资源，表示系统中改资源的数量
信号量是一个受保护的变量，只能通过三种操作来访问
P含义：
if(信号量的值>0) {
申请资源的任务继续; //存在资源
信号量的值减一;
} else {
申请资源的任务阻塞;
}
V含义：
信号量的值加一;
if(有任务在等待资源) {
唤醒等待的任务, 让其继续运行;
}
（二）信号灯种类
- Posix 有名信号灯
- Posix 无名信号灯（Linux只支持线程同步）
- System V信号灯
Posix有名信号灯与无名信号灯的使用：
System V信号灯的使用：
- int semget(key_t key, int nsems, int semflag)
功能：创建/打开信号灯
参数：key:ftok产生key值（和信号灯关联的key值）
nsems：信号灯集中包含的信号灯数目
semflg：信号灯集的访问权限，通常为IPC_CREATE|0666
返回值：成功：信号灯集ID；失败：-1
- int semop(int semid, struct sembuf *opsptr, size_t nops)
功能：对信号灯集中的信号量进行P-V操作
参数：semid：信号灯集ID
struct sembuf {
short sem_num; // 要操作的信号灯的编号
short sem_op; //1、释放资源，V操作
// -1分配资源，P操作
short sem_flag; // 0（阻塞），IPC_NOWAIT, SEM_UNDO
}; //对某一个信号灯的操作，如果同事对多个操作，则需要定义这种结构体数组
nops：要操作的信号灯的个数，1个
返回值：成功 0；失败 1
- int semctl(int semid, int semnum, int cmd.../union sem arg/)
功能：信号灯集合的控制（初始化/删除）
参数：semid：信号灯集ID
semnum：要操作的集合中的信号灯编号
cmd:
GETVAL：获取信号灯的值，返回值是获得值
SETVAL：设置信号灯的值，需要用到第四个参数：共用体
IPC_RMID：从系统中删除信号灯的集合
返回值：成功 0；失败 -1