进程间通信的信号

Posted 2023-03-30

参考技术A

信号（Signals ）是Unix系统中使用的最古老的进程间通信的方法之一。操作系统通过信号来通知进程系统中发生了某种预先规定好的事件（一组事件中的一个），它也是用户进程之间通信和同步的一种原始机制。一个键盘中断或者一个错误条件（比如进程试图访问它的虚拟内存中不存在的位置等）都有可能产生一个信号。Shell也使用信号向它的子进程发送作业控制信号。
信号是在Unix System V中首先引入的，它实现了15种信号，但很不可靠。BSD4.2解决了其中的许多问题，而在BSD4.3中进一步加强和改善了信号机制。但两者的接口不完全兼容。在Posix 1003.1标准中做了一些强行规定，它定义了一个标准的信号接口，但没有规定接口的实现。目前几乎所有的Unix变种都提供了和Posix标准兼容的信号实现机制。
一、 在一个信号的生命周期中有两个阶段：生成和传送。当一个事件发生时，需要通知一个进程，这时生成一个信号。当进程识别出信号的到来，就采取适当的动作来传送或处理信号。在信号到来和进程对信号进行处理之间，信号在进程上挂起（pending）。
内核为进程生产信号，来响应不同的事件，这些事件就是信号源。主要的信号源如下：
异常：进程运行过程中出现异常；
其它进程：一个进程可以向另一个或一组进程发送信号；
终端中断：Ctrl-C，Ctrl-\\等；
作业控制：前台、后台进程的管理；
分配额：CPU超时或文件大小突破限制；
通知：通知进程某事件发生，如I/O就绪等；
报警：计时器到期。
在 Linux 中，信号的种类和数目与硬件平台有关。内核用一个字代表所有的信号，每个信号占一位，因此一个字的位数就是系统可以支持的最多信号种类数。i386 平台上有32 种信号，而Alpha AXP 平台上最多可有 64 种信号。系统中有一组定义好的信号，它们可以由内核产生，也可以由系统中其它有权限的进程产生。可以使用kill命令列出系统中的信号集。
下面是几个常见的信号。
SIGHUP： 从终端上发出的结束信号；
SIGINT： 来自键盘的中断信号（Ctrl-C）；
SIGQUIT：来自键盘的退出信号（Ctrl-\\）；
SIGFPE： 浮点异常信号（例如浮点运算溢出）；
SIGKILL：该信号结束接收信号的进程；
SIGALRM：进程的定时器到期时，发送该信号；
SIGTERM：kill 命令发出的信号；
SIGCHLD：标识子进程停止或结束的信号；
SIGSTOP：来自键盘（Ctrl-Z）或调试程序的停止执行信号；
…………
每一个信号都有一个缺省动作，它是当进程没有给这个信号指定处理程序时，内核对信号的处理。有5种缺省的动作：
异常终止（abort）：在进程的当前目录下，把进程的地址空间内容、寄存器内容保存到一个叫做core的文件中，而后终止进程。
退出（exit）：不产生core文件，直接终止进程。
忽略（ignore）：忽略该信号。
停止（stop）：挂起该进程。
继续（continue）：如果进程被挂起，则恢复进程的运行。否则，忽略信号。
进程可以对任何信号指定另一个动作或重载缺省动作，指定的新动作可以是忽略信号。进程也可以暂时地阻塞一个信号。因此进程可以选择对某种信号所采取的特定操作，这些操作包括：
忽略信号：进程可忽略产生的信号，但 SIGKILL 和 SIGSTOP 信号不能被忽略,必须处理（由进程自己或由内核处理）。进程可以忽略掉系统产生的大多数信号。
阻塞信号：进程可选择阻塞某些信号，即先将到来的某些信号记录下来，等到以后（解除阻塞后）再处理它。
由进程处理该信号：进程本身可在系统中注册处理信号的处理程序地址，当发出该信号时，由注册的处理程序处理信号。
由内核进行缺省处理：信号由内核的缺省处理程序处理，执行该信号的缺省动作。例如，进程接收到SIGFPE（浮点异常）的缺省动作是产生core并退出。大多数情况下，信号由内核处理。
需要指出的是，对信号的任何处理，包括终止进程，都必须由接收到信号的进程来执行。而进程要执行信号处理程序，就必须等到它真正运行时。因此，对信号的处理可能需要延迟一段时间。
信号没有固有的优先级。如果为一个进程同时产生了两个信号，这两个信号会以任意顺序出现在进程中并会按任意顺序被处理。另外，也没有机制用于区分同一种类的多个信号。如果进程在处理某个信号之前，又有相同的信号发出，则进程只能接收到一个信号。进程无法知道它接收了1个还是42个SIGCONT信号。

进程间通信—信号量

进程间通信——信号量（信号灯）

　　

　　信号与信号量

　　信号：是由用户、系统或者进程发送给目标进程的信息，以通知目标进程某个状态的改变或系统异常，是一种处理异步事件的方式。

　　信号量：是一个特殊的变量，本质是计数器，记录了临界资源的数量。进程对其访问都是原子操作（PV操作），用于多线程、多进程之间同步临界资源。

　　信号量分类

　　按实现方式，信号量可以分为POSIX信号量与System V信号量。

　　System V信号量是基于内核维护的，，通常用于Linux系统中。Posix是由文件系统中的路径名对应的名字来标识的。

　　基于内存的信号量，同步多线程时，可放到该多线程所属进程空间里；如果是同步多进程，那就要把信号量放入到共享内存中（方便多个进程访问）。

　    System V 信号量使用步骤

1 打开/创建信号量   semget
2 信号量初始化     semctl
3 P/V操作         semop
4 删除信号量       semctl

 

　　1、信号量创建/打开---semget

1 #include <sys/ipc.h>
2 #include <sys/sem.h>
3 
4 int semget(key_t key, int nsems, int semflg);
5 //成功返回信号量id，失败返回-1
6 //参数
7 //key---和消息队列关联的key， IPC_PRIVATE或ftok
8 //nsems---集合中包含计数信号量个数
9 //semflg---标志位， IPC_CREAT|0666  IPC_EXCL

 

　　2、信号量初始化---semctl

 1 #include <sys/ipc.h>
 2 #include <sys/sem.h>
 3 
 4 int semctl(int semid, int semnum, int cmd, ...);
 5 
 6 //成功返回0，失败返回EOF
 7 //semid---要操作的信号量集的id
 8 //semnum---要操作的集合中的信号量编号
 9 //cmd---执行的操作  SETVAL  IPC_RMID
10 //union semun---联合体，取决于cmd

　　union semun

1 union semun {
2      int               val;   //SETVAL的值 
3      struct semid_ds  *buf;   //Buffer for IPC_STAT, IPC_SET      
4      unsigned short *array;   //Array for GETALL, SETALL
5      struct seminfo   *_buf;  //Buffer for IPC_INFO
6 }

 

　　3、信号量P/V操作---semop

 1 #include <sys/ipc.h>
 2 #include <sys/sem.h>
 3 
 4 int semop(int semid, struct sembuf *sops, unsigned nsops);
 5 
 6 //成功返回0，失败EOF
 7 //参数
 8 //semid---要操作的信号量集的id
 9 //sops ---描述对信号量操作的结构体（数组）
10 //nsops---要操作的信号量的个数
11 
12 struct sembuf{
13      short sem_num;    //信号量编号
14      short  sem_op;    //-1：P操作，1：V操作
15      short  sem_flg;    //SEM_UNDO即0 ，IPC_NOWAIT

16 }

　　通常为SEM_UNDO即0,使操作系统跟踪信号，并在进程没有释放该信号量而终止时，操作系统释放信号量

 

示例：信号量集/共享内存

要求：父子进程通过System V信号量同步对共享内存的读写

　　　父进程从键盘输入字符串

　　　子进程输出字符串

  1 #include <stdio.h>
  2 #include <stdlib.h>
  3 #include <sys/types.h>
  4 #include <sys/ipc.h>
  5 #include <errno.h>
  6 #include <sys/sem.h>
  7 #include <string.h>
  8 
  9 union semun{
 10     int val;
 11 }
 12 
 13 #define SEM_READ 0
 14 #define SEM_WRITE 0
 15 
 16 //实现P操作
 17 poperation(int index, int semid) //传入要操作的信号量，信号量集
 18 {
 19     //初始化sembuf结构体
 20     struct sembuf sop;
 21     sop.sem_num = index; //信号量编号
 22     sop.sem_op  = -1;    //P操作:-1
 23     sop.sem_flg =  0;    //SEM_UNDO
 24 
 25     //信号量集ID,对信号量操作的结构体，操作的信号量个数
 26     semop(semid,&sop,1);
 27 }
 28 
 29 voperation(int index, int semid)
 30 {
 31     //初始化sembuf结构体
 32     struct sembuf sop;
 33     sop.sem_num = index; //信号量编号
 34     sop.sem_op  =  1;    //V操作:1
 35     sop.sem_flg =  0;    //SEM_UNDO
 36 
 37     //信号量集ID,对信号量操作的结构体，操作的信号量个数
 38     semop(semid,&sop,1);
 39 
 40 }
 41 
 42 int main()
 43 {
 44     key_t key;
 45     int semid; //信号量集ID
 46     int shmid; //共享内存ID
 47     char * shmaddr;
 48     pid_t pid;
 49 
 50     key = ftok(".",123); //创建key键值，进而生成不同的IPC对象的标识符ID
 51 
 52     //创建２个信号量
 53     semid = semget(key, 2, IPC_CREAT|0777);
 54     if(semid < 0)
 55     {
 56         perror("semid");
 57         return -1;
 58     }
 59 
 60     //创建共享内存
 61     shmid = shmget(key, 256, IPC_CREAT|0777);
 62     if(shmid < 0)
 63     {
 64         perror("shmget");
 65         return -1;
 66     }
 67 
 68     //初始化２个信号量
 69     union semun myun;
 70     myun.val = 0; //初始化读信号量的值为０，未读
 71     semctl(semid, SEM_READ, SETVAL, myun);
 72 
 73     myun.val = 1; //初始化写信号量的值为１，可写
 74     semctl(semid, SEM_WRITE,SETVAL, myun);
 75 
 76     //创建一个子进程
 77     pid = fork();
 78     if(pid < 0)
 79     {
 80         perror("fork");
 81         return -1;
 82     }
 83     else if(pid == 0) //子进程
 84     {
 85         //获取映射后的共享内存的地址
 86         shmaddr = (char *)shmat(shmid, NULL, 0);
 87         
 88         poperation(SEM_READ,semid); //读之前对读信号量进行P操作
 89 
 90         printf("getshm:%s",shmaddr);
 91 
 92         voperation(SEM_WRITE,semid); //V操作，读完了，告诉父进程可写
 93 
 94     }else{ //父进程从键盘输入字符
 95 
 96         //获取映射后的共享内存的地址
 97         shmaddr = (char *)shmat(shmid, NULL, 0);
 98         
 99         poperation(SEM_WRITE,semid); //写之前对写信号量进行P操作
100 
101         printf("Please input char to shm:");
102         fgets(shmaddr, 32,stdin);
103 
104         voperation(SEM_READ,semid); //V操作，写完，告诉子进程可以读
105     }
106 
107 
108 }

结果：

 

 

【信号量的意图在于进程间同步，互斥锁和条件变量的意图则在于线程间同步。但是信号量也可用于线程间，互斥锁和条件变量也可用于进程间。我们应该使用适合具体应用的那组原语。】--------https://www.cnblogs.com/fangshenghui/p/4039946.html