linux进程间通信-信号

信号（Signal）

信号的基本概念

信号是一种异步的、非阻塞的通信机制，用于通知接收进程某个事件已经发生。例如，SIGINT信号通常由 Ctrl+C触发，用于终止进程。

信号（Signal）也叫“用户态中断”，用于异步通知进程某个事件的发生，每个信号都有一个唯一的编号和一个对应的处理动作。当某个信号发生时，内核会向相应的进程发送该信号，并触发预设的信号处理函数或执行默认操作。

信号通常用于简单的事件通知，如终止进程、暂停执行等，而不适合用于复杂的数据传输任务。

信号的一些特点

1. 信号的异步性： 信号在任何时候都可能被触发，这意味着它们是异步的。无法预测信号的确切发生时间，因此也无法保证信号处理的顺序。
2. 信号阻塞： 进程可以选择阻塞某些信号，这意味着在阻塞期间，这些信号不会被传递或处理，这破坏了信号的及时性。
3. 信号丢失： 如果一个进程在很短的时间内连续收到相同的信号，可能会导致信号丢失，因为Linux内核默认只会将该信号传递一次。
4. 信号与进程状态： 信号的传递和处理还依赖于进程的状态。如果进程处于不可中断的睡眠状态，信号可能无法立即传递。
5. 缺乏流量控制： 信号机制没有内置的流量控制，无法控制信号的发送速率，这可能导致信号的丢失或延迟。
6. 信号的有限行为： 信号处理函数中不应该执行可能导致进程状态不一致的操作，如打开文件、分配内存等。信号处理函数应该尽可能快地执行完。

信号的种类

Linux系统中定义了许多种类的信号，每个信号都有其特定的含义和用途。常见的信号包括：

1. SIGINT（中断信号，通常由Ctrl+C产生）：用于终止前台进程。
2. SIGQUIT（退出信号，通常由Ctrl+\产生）：用于终止进程并产生core文件。
3. SIGTERM（终止信号）：用于正常终止进程。
4. SIGKILL（强制终止信号）：强制终止进程，该信号不能被捕获或忽略。
5. SIGSTOP（暂停信号）：暂停进程的执行。
6. SIGCONT（继续信号）：恢复被暂停的进程执行。

此外，还有许多其他类型的信号，如SIGUSR1、SIGUSR2等用户自定义信号，以及SIGHUP、SIGCHLD、SIGPIPE、SIGALRM等系统定义的信号。

信号的处理方式

Linux内核提供了三种处理信号的方式：

1. 忽略信号：进程可以选择忽略某个信号，当该信号到达时，系统会自动忽略它。但是有些信号（如SIGKILL和SIGSTOP）不能被忽略。
2. 捕捉信号：进程可以注册信号处理函数，当信号到达时，内核会调用相应的处理函数来处理该信号。这使得进程能够在接收到信号时执行特定的操作，如清理资源、保存数据等。
3. 默认处理方式：对于大多数信号，系统都会提供一个默认的处理方式。例如，SIGTERM的默认处理方式是终止进程。如果进程没有为某个信号指定处理函数，那么当该信号到达时，系统会执行默认的操作。

需要注意的是，如果一个用户进程捕获了SIGINT信号（通常是通过按下Ctrl+C产生的），并且为这个信号注册了一个自定义的处理函数，那么当SIGINT信号发生时，用户进程将执行这个自定义的处理函数，而不是Linux内核默认的终止进程行为。

此外，还有一些信号是不能被用户态程序捕获或忽略的，例如SIGKILL和SIGSTOP。这些信号用于强制终止或暂停进程，并且只能由操作系统内核处理。

在C语言中，可以使用 signal()函数或 sigaction()函数来设置信号处理函数。sigaction()函数提供了更多的控制选项，并且是可移植的，推荐在编程中使用。

信号的发送与接收

信号的发送可以通过多种方式实现，如通过终端按键产生信号（如Ctrl+C）、调用系统函数向进程发送信号（如kill()函数、raise()函数）、由软件条件产生信号（如alarm()函数和SIGALRM信号）以及硬件异常产生信号等。当进程接收到信号时，会根据预设的信号处理函数或默认操作来响应。

实验：处理 SIGINT信号

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

void handle_sigint(int sig) {
    printf("Caught signal %d\n", sig);
}

int main() {
    // 设置SIGINT信号的处理函数
    signal(SIGINT, handle_sigint);

    while (1) {
        printf("Waiting for SIGINT...\n");
        sleep(1);
    }

    return 0;
}

实验结果 

实验解释：

当用户运行这个程序时，它会进入一个无限循环，并定期打印消息表明它正在等待 SIGINT 信号。当用户按下 Ctrl+C 时，会向前台进程组发送 SIGINT 信号。由于程序已经通过 signal 函数注册了 SIGINT 的自定义处理函数 handle_sigint，因此程序不会终止，而是调用 handle_sigint 函数。
在 handle_sigint 函数中，程序简单地打印出接收到的信号编号，然后返回。由于程序没有执行任何退出操作，它会在 sleep 调用结束后继续执行，再次打印消息，并等待下一个 SIGINT 信号。