lv5 嵌入式开发-9 信号机制（上）

news2024/11/28 21:44:44

目录

1 信号机制

2 信号的产生

3 常用信号

4 相关命令

4.1 信号相关命令 kill / killall 

4.2 信号发送 – kill / raise

4.3 定时器函数相关函数 – alarm /ualarm/ pause

4.4 信号捕捉：设置信号响应方式 – signal /sigaction，闹钟实现

4.5 子进程结束信号（使用SIGCHLD信号实现回收子进程）

4.6 练习

掌握：信号机制、常用信号、信号相关命令、信号发送、定时器、信号捕捉、信号集和信号屏蔽

1 信号机制

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。

linux内核通过信号通知用户进程，不同的信号类型代表不同的事件

Linux对早期的unix信号机制进行了扩展

进程对信号有不同的响应方式：

  • 缺省方式  
  • 忽略信号  
  • 捕捉信号

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 常用信号

SIGCHLD              子进程 状态改变发给父进程的                                                                                

4 相关命令

4.1 信号相关命令 kill / killall 

kill [-signal] pid

默认发送SIGTERM  

-sig 可指定信号  

pid  指定发送对象  

示例：

killall [-u  user | prog]

prog  指定进程名  

user  指定用户名

4.2 信号发送 – kill / raise

#include <unistd.h>
#include <signal.h>
int kill(pid_t pid, int sig);

功能：发送信号

参数：

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

给自己发信号，等价于kill(getpid(), signo);

示例

#include <sys/types.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
int main(){
    
//    kill(24149,11);  //对进程24149，发送一个段错误信号，进程24149接收到信号报错结束
   raise(11);        //对自己的进程，发送一个段错误信号
}

4.3 定时器函数相关函数 – alarm /ualarm/ pause

int alarm(unsigned int seconds);

功能：定时发送SIGALRM给当前进程(一次性）

返回值：成功时返回上个定时器的剩余时间，失败时返回EOF  

参数：seconds 定时器的时间  

一个进程中只能设定一个定时器，时间到时产生SIGALRM

示例

#include <sys/types.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
int main(){
    
    alarm(3);
    while(1);
}

//运行结果
linux@linux:~/Desktop$ ./alarm 
Alarm clock

重复性闹钟函数 

useconds_t ualarm(useconds_t usecs, useconds_t interval); （循环发送）

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 

发送alarm信号函数

int setitimer(int which, const struct itimerval *new_value, struct itimerval *old_value);

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 */
};

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

int pause(void);

进程一直阻塞，直到被信号中断  

被信号中断后返回-1，errno为EINTR

示例：

#include <stdio.h>  
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
int main() {
   alarm(3);
   pause();
   printf(“I have been waken up!\n”);
   return 0;
}
$ ./a.out 
Alarm clock

重要：alarm经常用于实现超时检测

4.4 信号捕捉：设置信号响应方式 – signal /sigaction，闹钟实现

信号捕捉过程：

  1. 定义新的信号的执行函数handle。
  2. 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);
//它使用了typedef关键字定义了一个名为sighandler_t的新类型，这个类型是一个指向函数的指针，该函数以一个整型参数作为信号值，返回值类型为void（即不返回任何值）。通过这个定义，可以方便地声明和使用信号处理函数，以对接收到的信号做出相应的处理。

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;  

示例

#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <linux/posix_types.h>

typedef void (*sighandler_t)(int);

sighandler_t oldact;

void handle(int sig){
    printf("I cath the SIGINT \n");
    signal(SIGINT,oldact);   //改回原先的信号处理，如按ctrl+c结束进程
}

int main(){

    oldact = signal(SIGINT,handle);

    while(1){

        sleep(1);
    }    


}

sigaction函数 

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。

int sigaction(int signum, const struct sigaction *act,struct sigaction *oldact);

参数说明:

  • signum：要设置或获取处理方式的信号编号。
  • act：指向struct sigaction结构体的指针，用于设置新的处理方式。如果为NULL，则不会改变原有的处理方式。
  • oldact：指向struct sigaction结构体的指针，在函数返回时用于存储旧的处理方式。如果为NULL，则不会保存旧的处理方式。

struct sigaction 结构体定义如下：

struct sigaction {
    void (*sa_handler)(int);
    void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);
    sigset_t sa_mask;
    int sa_flags;
    void (*sa_restorer)(void);
}

sigaction 结构体的字段解释如下：

  • sa_handler：是一个函数指针，用于指定信号处理函数，表示简单的信号处理。
  • sa_sigaction：是一个函数指针，用于指定信号处理函数，表示复杂的信号处理。

        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。

  • sa_mask：用于设置在处理当前信号时要阻塞的信号集。
  • sa_flags：用于设置一些标志位，例如SA_RESTART表示在被信号中断的系统调用重新启动。/通过将其设置为0，表示不使用任何额外的标志位，即默认行为。
  • sa_restorer：保留字段，已不再使用。

函数返回值：

  • 成功：返回0，并将旧的信号处理方式保存到 oldact 中（如果 oldact 不为 NULL）。
  • 失败：返回-1，并设置 errno 来指示错误的原因。

通过调用 sigaction 函数，可以为指定的信号设置新的处理方式，或者获取当前的处理方式。这在编写信号处理程序时非常有用，以便对信号进行正确的处理和响应。

示例：定时器的实现（使用alarm）

#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <linux/posix_types.h>

typedef void (*sighandler_t)(int);

sighandler_t oldact;

void handle(int sig){
   if(sig == SIGINT){
        printf("I cath the SIGINT \n");
   }else if (sig==SIGALRM){
       printf("second timer \n");
       alarm(1);
   }
    //    signal(SIGINT,oldact);
}


int main(){
    struct sigaction act;
    act.sa_handler = handle;
    act.sa_flags = 0;
    sigemptyset(&act.sa_mask);
    sigaction(SIGINT,&act,NULL);
    alarm(1);
    sigaction(SIGALRM,&act,NULL);
//    oldact = signal(SIGINT,handle);

    while(1){
        sleep(1);
    }

}

 示例：定时器的实现（settimer实现）

#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <linux/posix_types.h>
#include <sys/time.h>


typedef void (*sighandler_t)(int);

sighandler_t oldact;

void handle(int sig){
   if(sig == SIGINT){
        printf("I cath the SIGINT \n");
   }else if (sig==SIGALRM){
       printf("second timer \n");
//       alarm(1);
   }
    //    signal(SIGINT,oldact);
}


int main(){
    struct sigaction act;
    act.sa_handler = handle;
    act.sa_flags = 0;
    sigemptyset(&act.sa_mask);
//    sigaction(SIGINT,&act,NULL);
//    alarm(1);
    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);
//    oldact = signal(SIGINT,handle);

    while(1){
  //      sleep(1);   //sleep也是用alarm实现的
    }

}

示例

// 头文件省略
void handler (int signo) {
     if (signo == SIGINT) {
        printf(“I have got SIGINT!\n”); }
     if (signo == SIGQUIT) {
        printf(“I have got SIGQUIT\n”); }
}

int  main() {
     signal(SIGINT, handler);
     signal(SIGQUIT, handler);
     while ( 1 ) pause();
     return 0;
}

4.5 子进程结束信号（使用SIGCHLD信号实现回收子进程）

SIGCHLD的产生条件

1子进程终止时

2子进程接收到SIGSTOP信号停止时

3子进程处在停止态，接受到SIGCONT后唤醒时

SIGCHLD

可以用来处理子进程退出的僵尸

之前是使用wait来回收，现在使用信号来配合wait回收，解决父进程阻塞的问题

示例：

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>


void handle(int sig){

    wait(NULL);
    printf("Get sig =%d\n",sig);

}


int main(){
    pid_t pid;
    struct sigaction act;
    act.sa_handler = handle;
    act.sa_flags = 0;
    sigemptyset(&act.sa_mask);

    pid = fork();

    if(pid>0){
        //wait(NULL);   //利用信号处理，可以让父进程异步操作，接着干自己的事情而不阻塞

        sigaction(SIGCHLD,&act,NULL);
        while(1){
            printf("this is father process\n");
            sleep(1);
        }

    }else if(pid==0){
        sleep(5);
        exit(0);
    }


}

执行完通过ps 命令查看，没有僵尸进程。

4.6 练习

实现捕捉SIGINT信号，在屏幕上打印 "Ctrl + c"

#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <linux/posix_types.h>

typedef void (*sighandler_t)(int);

sighandler_t oldact;

void handle(int sig){
    printf("Ctrl+C\n");
    //signal(SIGINT,oldact);   //改回原先的信号处理，按ctrl+c结束进程
}

int main(){

    oldact = signal(SIGINT,handle);

    while(1){

        sleep(1);
    }    


}

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