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linux信號機制 詳解

linux信號機制遠遠比想象的復雜,本文力爭用最短的篇幅,對該機制做深入細致的分析。

一、信號及信號來源

信號本質

信號是在軟件層次上對中斷機制的一種模擬,在原理上,一個進程收到一個信號與處理器收到一個中斷請求可以說是一樣的。信號是異步的,一個進程不必通過任何操作來等待信號的到達,事實上,進程也不知道信號到底什麼時候到達。

信號是進程間通信機制中唯一的異步通信機制,可以看作是異步通知,通知接收信號的進程有哪些事情發生了。信號機制經過POSIX實時擴展後,功能更加強大,除了基本通知功能外,還可以傳遞附加信息。

信號來源

信號事件的發生有兩個來源:硬件來源(比如我們按下了鍵盤或者其它硬件故障);軟件來源,最常用發送信號的系統函數是kill, raise, alarm和setitimer以及sigqueue函數,軟件來源還包括一些非法運算等操作。

二、信號的種類

可以從兩個不同的分類角度對信號進行分類:(1)可靠性方面:可靠信號與不可靠信號唬?)與時間的關系上:實時信號與非實時信號。在《Linux環境進程間通信(一):管道及有名管道》的附1中列出了系統所支持的所有信號。

1、可靠信號與不可靠信號

"不可靠信號"

Linux信號機制基本上是從Unix系統中繼承過來的。早期Unix系統中的信號機制比較簡單和原始,後來在實踐中暴露出一些問題,因此,把那些建立在早期機制上的信號叫做"不可靠信號",信號值小於SIGRTMIN(Red hat 7.2中,SIGRTMIN=32,SIGRTMAX=63)的信號都是不可靠信號。這就是"不可靠信號"的來源。它的主要問題是:

進程每次處理信號後,就將對信號的響應設置為默認動作。在某些情況下,將導致對信號的錯誤處理;因此,用戶如果不希望這樣的操作,那麼就要在信號處理函數結尾再一次調用signal(),重新安裝該信號。

信號可能丟失,後面將對此詳細闡述。

因此,早期unix下的不可靠信號主要指的是進程可能對信號做出錯誤的反應以及信號可能丟失。

Linux支持不可靠信號,但是對不可靠信號機制做了改進:在調用完信號處理函數後,不必重新調用該信號的安裝函數(信號安裝函數是在可靠機制上的實現)。因此,Linux下的不可靠信號問題主要指的是信號可能丟失。

"可靠信號"

隨著時間的發展,實踐證明了有必要對信號的原始機制加以改進和擴充。所以,後來出現的各種 Unix版本分別在這方面進行了研究,力圖實現"可靠信號"。由於原來定義的信號已有許多應用,不好再做改動,最終只好又新增加了一些信號,並在一開始就把它們定義為可靠信號,這些信號支持排隊,不會丟失。同時,信號的發送和安裝也出現了新版本:信號發送函數sigqueue()及信號安裝函數 sigaction()。POSIX.4對可靠信號機制做了標准化。但是,POSIX只對可靠信號機制應具有的功能以及信號機制的對外接口做了標准化,對信號機制的實現沒有作具體的規定。

信號值位於SIGRTMIN和SIGRTMAX之間的信號都是可靠信號,可靠信號克服了信號可能丟失的問題。Linux在支持新版本的信號安裝函數sigation()以及信號發送函數sigqueue()的同時,仍然支持早期的signal ()信號安裝函數,支持信號發送函數kill()。

注:不要有這樣的誤解:由sigqueue()發送、sigaction安裝的信號就是可靠的。事實上,可靠信號是指後來添加的新信號(信號值位於SIGRTMIN及SIGRTMAX之間);不可靠信號是信號值小於SIGRTMIN的信號。信號的可靠與不可靠只與信號值有關,與信號的發送及安裝函數無關。目前linux中的signal()是通過sigation()函數實現的,因此,即使通過 signal()安裝的信號,在信號處理函數的結尾也不必再調用一次信號安裝函數。同時,由signal()安裝的實時信號支持排隊,同樣不會丟失。

對於目前linux的兩個信號安裝函數:signal()及sigaction()來說,它們都不能把SIGRTMIN以前的信號變成可靠信號(都不支持排隊,仍有可能丟失,仍然是不可靠信號),而且對SIGRTMIN以後的信號都支持排隊。這兩個函數的最大區別在於,經過sigaction安裝的信號都能傳遞信息給信號處理函數(對所有信號這一點都成立),而經過signal安裝的信號卻不能向信號處理函數傳遞信息。對於信號發送函數來說也是一樣的。

2、實時信號與非實時信號

早期Unix系統只定義了32種信號,Ret hat7.2支持64種信號,編號0-63(SIGRTMIN=31,SIGRTMAX=63),將來可能進一步增加,這需要得到內核的支持。前32種信號已經有了預定義值,每個信號有了確定的用途及含義,並且每種信號都有各自的缺省動作。如按鍵盤的CTRL ^C時,會產生SIGINT信號,對該信號的默認反應就是進程終止。後32個信號表示實時信號,等同於前面闡述的可靠信號。這保證了發送的多個實時信號都被接收。實時信號是POSIX標准的一部分,可用於應用進程。

非實時信號都不支持排隊,都是不可靠信號;實時信號都支持排隊,都是可靠信號。

三、進程對信號的響應

進程可以通過三種方式來響應一個信號:(1)忽略信號,即對信號不做任何處理,其中,有兩個信號不能忽略:SIGKILL及SIGSTOP;(2)捕捉信號。定義信號處理函數,當信號發生時,執行相應的處理函數;(3)執行缺省操作,Linux 對每種信號都規定了默認操作,詳細情況請參考[2]以及其它資料。注意,進程對實時信號的缺省反應是進程終止。

Linux究竟采用上述三種方式的哪一個來響應信號,取決於傳遞給相應API函數的參數。

四、信號的發送

發送信號的主要函數有:kill()、raise()、 sigqueue()、alarm()、setitimer()以及abort()。

1、kill()

#include <sys/types.h>

#include <signal.h>

int kill(pid_t pid,int signo)

參數pid的值 信號的接收進程

pid>0 進程ID為pid的進程

pid=0 同一個進程組的進程

pid<0 pid!=-1 進程組ID為 -pid的所有進程

pid=-1 除發送進程自身外,所有進程ID大於1的進程

Sinno是信號值,當為0時(即空信號),實際不發送任何信號,但照常進行錯誤檢查,因此,可用於檢查目標進程是否存在,以及當前進程是否具有向目標發送信號的權限(root權限的進程可以向任何進程發送信號,非root權限的進程只能向屬於同一個session或者同一個用戶的進程發送信號)。

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