• Linux环境进程间通信（二）: 信号（下）

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    简介： 在信号（上）中，讨论了linux信号种类、来源、如何安装一个信号以及对信号集的操作。本部分则首先讨论从信号的生命周期上认识 信号，或者宏观上看似简单的信号机制（进程收到信号后，作相应的处理，看上去再简单不过了），在微观上究竟是如何实现的，也是在更深层次上理解信号。接下 来还讨论了信号编程的一些注意事项，最后给出了信号编程的一些实例。

    一、信号生命周期

    从信号发送到信号处理函数的执行完毕

    对于一个完整的信号生命周期(从信号发送到相应的处理函数执行完毕)来说，可以分为三个重要的阶段，这三个阶段由四个重要事件来刻画：信号诞生；信号在进程中注册完毕；信号在进程中的注销完毕；信号处理函数执行完毕。相邻两个事件的时间间隔构成信号生命周期的一个阶段。


    下面阐述四个事件的实际意义：

    1. 信号"诞生"。信号的诞生指的是触发信号的事件发生（如检测到硬件异常、定时器超时以及调用信号发送函数kill()或sigqueue()等）。
    2. 信号在目标进程中"注册"；进程的task_struct结构中有关于本进程中未决信号的数据成员： 
      struct sigpending pending：
      struct sigpending{
      	struct sigqueue *head, **tail;
      	sigset_t signal;
      };

      第三个成员是进程中所有未决信号集，第一、第二个成员分别指向一个sigqueue类型的结构链（称之为"未决信号信息链"）的首尾，信息链中的每个sigqueue结构刻画一个特定信号所携带的信息，并指向下一个sigqueue结构: 
      struct sigqueue{
      	struct sigqueue *next;
      	siginfo_t info;
      }

      信号在进程中注册指的就是信号值加入到进程的未决信号集中（sigpending结构的第二个成员sigset_t signal），并且信号所携带的信息被保留到未决信号信息链的某个sigqueue结构中。 只要信号在进程的未决信号集中，表明进程已经知道这些信号的存在，但还没来得及处理，或者该信号被进程阻塞。

      注：
      当一个实时信号发送给一个进程时，不管该信号是否已经在进程中注册，都会被再注册一次，因此，信号不会丢失，因此，实时信号又叫做"可靠信号"。这意味着 同一个实时信号可以在同一个进程的未决信号信息链中占有多个sigqueue结构（进程每收到一个实时信号，都会为它分配一个结构来登记该信号信息，并把 该结构添加在未决信号链尾，即所有诞生的实时信号都会在目标进程中注册）；
      当一个非实时信号发送给一个进程时，如果该信号已经在进程中注册，则该信号将被丢弃，造成信号丢失。因此，非实时信号又叫做"不可靠信号"。这意味着同一 个非实时信号在进程的未决信号信息链中，至多占有一个sigqueue结构（一个非实时信号诞生后，（1）、如果发现相同的信号已经在目标结构中注册，则 不再注册，对于进程来说，相当于不知道本次信号发生，信号丢失；（2）、如果进程的未决信号中没有相同信号，则在进程中注册自己）。

    3. 信号在进程中的注销。在目标进程执行过程中，会检测是否有信号等待处理（每次从系统空间返回到用户空间时都做这样的检查）。如果 存在未决信号等待处理且该信号没有被进程阻塞，则在运行相应的信号处理函数前，进程会把信号在未决信号链中占有的结构卸掉。是否将信号从进程未决信号集中 删除对于实时与非实时信号是不同的。对于非实时信号来说，由于在未决信号信息链中最多只占用一个sigqueue结构，因此该结构被释放后，应该把信号在 进程未决信号集中删除（信号注销完毕）；而对于实时信号来说，可能在未决信号信息链中占用多个sigqueue结构，因此应该针对占用sigqueue结 构的数目区别对待：如果只占用一个sigqueue结构（进程只收到该信号一次），则应该把信号在进程的未决信号集中删除（信号注销完毕）。否则，不应该 在进程的未决信号集中删除该信号（信号注销完毕）。
      进程在执行信号相应处理函数之前，首先要把信号在进程中注销。
    4. 信号生命终止。进程注销信号后，立即执行相应的信号处理函数，执行完毕后，信号的本次发送对进程的影响彻底结束。

      注：
      1）信号注册与否，与发送信号的函数（如kill()或sigqueue()等）以及信号安装函数（signal()及 sigaction()）无关，只与信号值有关（信号值小于SIGRTMIN的信号最多只注册一次，信号值在SIGRTMIN及SIGRTMAX之间的信 号，只要被进程接收到就被注册）。
      2）在信号被注销到相应的信号处理函数执行完毕这段时间内，如果进程又收到同一信号多次，则对实时信号来说，每一次都会在进程中注册；而对于非实时信号来说，无论收到多少次信号，都会视为只收到一个信号，只在进程中注册一次。

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    二、信号编程注意事项

    1. 防止不该丢失的信号丢失。如果对八中所提到的信号生命周期理解深刻的话，很容易知道信号会不会丢失，以及在哪里丢失。
    2. 程序的可移植性
      考虑到程序的可移植性，应该尽量采用POSIX信号函数，POSIX信号函数主要分为两类：
      • POSIX 1003.1信号函数： Kill()、sigaction()、sigaddset()、sigdelset()、sigemptyset()、sigfillset()、sigismember()、sigpending()、sigprocmask()、sigsuspend()。
      • POSIX 1003.1b信号函数。POSIX 1003.1b在信号的实时性方面对POSIX 1003.1做了扩展，包括以下三个函数： sigqueue()、sigtimedwait()、sigwaitinfo()。 其中，sigqueue主要针对信号发送，而sigtimedwait及sigwaitinfo()主要用于取代sigsuspend()函数，后面有相应实例。 
        #include <signal.h>
        int sigwaitinfo(sigset_t *set, siginfo_t *info).

        该函数与sigsuspend()类似，阻塞一个进程直到特定信号发生，但信号到来时不执行信号处理函数，而是返回信号值。因此为了避免执行相应的信号处理函数，必须在调用该函数前，使进程屏蔽掉set指向的信号，因此调用该函数的典型代码是： 
        sigset_t newmask;
        int rcvd_sig; 
        siginfo_t info;
        sigemptyset(&newmask);
        sigaddset(&newmask, SIGRTMIN);
        sigprocmask(SIG_BLOCK, &newmask, NULL);
        rcvd_sig = sigwaitinfo(&newmask, &info) 
        if (rcvd_sig == -1) {
        	..
        }

        调用成功返回信号值，否则返回-1。sigtimedwait()功能相似，只不过增加了一个进程等待的时间。
    3. 程序的稳定性。
      为了增强程序的稳定性，在信号处理函数中应使用可重入函数。

      信号处理程序中应当使用可再入（可重入）函数（注：所谓可重入函数是指一个可以被多个任务调用的过程，任务在调用时不必担心数 据是否会出错）。因为进程在收到信号后，就将跳转到信号处理函数去接着执行。如果信号处理函数中使用了不可重入函数，那么信号处理函数可能会修改原来进程 中不应该被修改的数据，这样进程从信号处理函数中返回接着执行时，可能会出现不可预料的后果。不可再入函数在信号处理函数中被视为不安全函数。

      满足下列条件的函数多数是不可再入的：（1）使用静态的数据结构，如 getlogin()，gmtime()，getgrgid()，getgrnam()，getpwuid()以及getpwnam()等等；（2）函数 实现时，调用了malloc（）或者free()函数；（3）实现时使用了标准I/O函数的。The Open Group视下列函数为可再入的：

      _exit（）、access（）、alarm（）、cfgetispeed（）、cfgetospeed（）、 cfsetispeed（）、cfsetospeed（）、chdir（）、chmod（）、chown（） 、close（）、creat（）、dup（）、dup2（）、execle（）、execve（）、fcntl（）、fork（）、 fpathconf（）、fstat（）、fsync（）、getegid（）、 geteuid（）、getgid（）、getgroups（）、getpgrp（）、getpid（）、getppid（）、getuid（）、 kill（）、link（）、lseek（）、mkdir（）、mkfifo（）、 open（）、pathconf（）、pause（）、pipe（）、raise（）、read（）、rename（）、rmdir（）、 setgid（）、setpgid（）、setsid（）、setuid（）、 sigaction（）、sigaddset（）、sigdelset（）、sigemptyset（）、sigfillset（）、 sigismember（）、signal（）、sigpending（）、sigprocmask（）、sigsuspend（）、sleep（）、 stat（）、sysconf（）、tcdrain（）、tcflow（）、tcflush（）、tcgetattr（）、tcgetpgrp（）、 tcsendbreak（）、tcsetattr（）、tcsetpgrp（）、time（）、times（）、 umask（）、uname（）、unlink（）、utime（）、wait（）、waitpid（）、write（）。

      即使信号处理函数使用的都是"安全函数"，同样要注意进入处理函数时，首先要保存errno的值，结束时，再恢复原值。因为， 信号处理过程中，errno值随时可能被改变。另外，longjmp()以及siglongjmp()没有被列为可再入函数，因为不能保证紧接着两个函数 的其它调用是安全的。

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    三、深入浅出：信号应用实例

    linux下的信号应用并没有想象的那么恐怖，程序员所要做的最多只有三件事情：

    1. 安装信号（推荐使用sigaction()）；
    2. 实现三参数信号处理函数，handler(int signal,struct siginfo *info, void *)；
    3. 发送信号，推荐使用sigqueue()。

    实际上，对有些信号来说，只要安装信号就足够了（信号处理方式采用缺省或忽略）。其他可能要做的无非是与信号集相关的几种操作。

    实例一：信号发送及处理
    实现一个信号接收程序sigreceive（其中信号安装由sigaction（））。 

    #include <signal.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <unistd.h>
    void new_op(int,siginfo_t*,void*);
    int main(int argc,char**argv)
    {
    	struct sigaction act;	
    	int sig;
    	sig=atoi(argv[1]);
    	
    	sigemptyset(&act.sa_mask);
    	act.sa_flags=SA_SIGINFO;
    	act.sa_sigaction=new_op;
    	
    	if(sigaction(sig,&act,NULL) < 0)
    	{
    		printf("install sigal error\n");
    	}
    	
    	while(1)
    	{
    		sleep(2);
    		printf("wait for the signal\n");
    	}
    }
    void new_op(int signum,siginfo_t *info,void *myact)
    {
    	printf("receive signal %d", signum);
    	sleep(5);
    }

    说明，命令行参数为信号值，后台运行sigreceive signo &，可获得该进程的ID，假设为pid，然后再另一终端上运行kill -s signo pid验证信号的发送接收及处理。同时，可验证信号的排队问题。
    注：可以用sigqueue实现一个命令行信号发送程序sigqueuesend，见 附录1。

    实例二：信号传递附加信息
    主要包括两个实例：

    1. 向进程本身发送信号，并传递指针参数； 
      #include <signal.h>
      #include <sys/types.h>
      #include <unistd.h>
      void new_op(int,siginfo_t*,void*);
      int main(int argc,char**argv)
      {
      	struct sigaction act;	
      	union sigval mysigval;
      	int i;
      	int sig;
      	pid_t pid;		
      	char data[10];
      	memset(data,0,sizeof(data));
      	for(i=0;i < 5;i++)
      		data[i]='2';
      	mysigval.sival_ptr=data;
      	
      	sig=atoi(argv[1]);
      	pid=getpid();
      	
      	sigemptyset(&act.sa_mask);
      	act.sa_sigaction=new_op;//三参数信号处理函数
      	act.sa_flags=SA_SIGINFO;//信息传递开关
      	if(sigaction(sig,&act,NULL) < 0)
      	{
      		printf("install sigal error\n");
      	}
      	while(1)
      	{
      		sleep(2);
      		printf("wait for the signal\n");
      		sigqueue(pid,sig,mysigval);//向本进程发送信号，并传递附加信息
      	}
      }
      void new_op(int signum,siginfo_t *info,void *myact)//三参数信号处理函数的实现
      {
      	int i;
      	for(i=0;i<10;i++)
      	{
      		printf("%c\n ",(*( (char*)((*info).si_ptr)+i)));
      	}
      	printf("handle signal %d over;",signum);
      }

      这个例子中，信号实现了附加信息的传递，信号究竟如何对这些信息进行处理则取决于具体的应用。

    2. 2、 不同进程间传递整型参数：把1中的信号发送和接收放在两个程序中，并且在发送过程中传递整型参数。
      信号接收程序： 
      #include <signal.h>
      #include <sys/types.h>
      #include <unistd.h>
      void new_op(int,siginfo_t*,void*);
      int main(int argc,char**argv)
      {
      	struct sigaction act;
      	int sig;
      	pid_t pid;		
      	
      	pid=getpid();
      	sig=atoi(argv[1]);	
      	
      	sigemptyset(&act.sa_mask);
      	act.sa_sigaction=new_op;
      	act.sa_flags=SA_SIGINFO;
      	if(sigaction(sig,&act,NULL)<0)
      	{
      		printf("install sigal error\n");
      	}
      	while(1)
      	{
      		sleep(2);
      		printf("wait for the signal\n");
      	}
      }
      void new_op(int signum,siginfo_t *info,void *myact)
      {
      	printf("the int value is %d \n",info->si_int);
      }

      信号发送程序：命令行第二个参数为信号值，第三个参数为接收进程ID。

      #include <signal.h>
      #include <sys/time.h>
      #include <unistd.h>
      #include <sys/types.h>
      main(int argc,char**argv)
      {
      	pid_t pid;
      	int signum;
      	union sigval mysigval;
      	signum=atoi(argv[1]);
      	pid=(pid_t)atoi(argv[2]);
      	mysigval.sival_int=8;//不代表具体含义，只用于说明问题
      	if(sigqueue(pid,signum,mysigval)==-1)
      		printf("send error\n");
      	sleep(2);
      }

      注：实例2的两个例子侧重点在于用信号来传递信息，目前关于在linux下通过信号传递信息 的实例非常少，倒是Unix下有一些，但传递的基本上都是关于传递一个整数，传递指针的我还没看到。我一直没有实现不同进程间的指针传递（实际上更有意 义），也许在实现方法上存在问题吧，请实现者email我。

    实例三：信号阻塞及信号集操作 

    #include "signal.h"
    #include "unistd.h"
    static void my_op(int);
    main()
    {
    	sigset_t new_mask,old_mask,pending_mask;
    	struct sigaction act;
    	sigemptyset(&act.sa_mask);
    	act.sa_flags=SA_SIGINFO;
    	act.sa_sigaction=(void*)my_op;
    	if(sigaction(SIGRTMIN+10,&act,NULL))
    		printf("install signal SIGRTMIN+10 error\n");
    	sigemptyset(&new_mask);
    	sigaddset(&new_mask,SIGRTMIN+10);
    	if(sigprocmask(SIG_BLOCK, &new_mask,&old_mask))
    		printf("block signal SIGRTMIN+10 error\n");
    	sleep(10);	
    	printf("now begin to get pending mask and unblock SIGRTMIN+10\n");
    	if(sigpending(&pending_mask)<0)
    		printf("get pending mask error\n");
    	if(sigismember(&pending_mask,SIGRTMIN+10))
    		printf("signal SIGRTMIN+10 is pending\n");
    	if(sigprocmask(SIG_SETMASK,&old_mask,NULL)<0)
    		printf("unblock signal error\n");
    	printf("signal unblocked\n");
    	sleep(10);
    }
    static void my_op(int signum)
    {
    	printf("receive signal %d \n",signum);
    }

    编译该程序，并以后台方式运行。在另一终端向该进程发送信号(运行kill -s 42 pid，SIGRTMIN+10为42)，查看结果可以看出几个关键函数的运行机制，信号集相关操作比较简单。

    注：在上面几个实例中，使用了printf()函数，只是作为诊断工具，pringf()函数是不可重入的，不应在信号处理函数中使用。

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    结束语：

    系统地对linux信号机制进行分析、总结使我受益匪浅！感谢王小乐等网友的支持！
    Comments and suggestions are greatly welcome!

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    附录1：

    用sigqueue实现的命令行信号发送程序sigqueuesend，命令行第二个参数是发送的信号值，第三个参数是接收该信号的进程ID，可以配合实例一使用：

    #include <signal.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <unistd.h>
    int main(int argc,char**argv)
    {
    	pid_t pid;
    	int sig;
    	sig=atoi(argv[1]);
    	pid=atoi(argv[2]);
    	sigqueue(pid,sig,NULL);
    	sleep(2);
    }



    参考资料

  • 相关阅读:
    tp5.1 查询自定义排序(按照查询结果顺序排序)
    Laravel Auth 用户认证
    Laravel 文件上传
    Laravel 缓存操作
    Laravel 验证码
    第46章：TEB
    第45章：TLS回调函数
    第4章:逆向分析技术--32位软件逆向技术
    第43章:内核6中的DLL注入
    第42章:内核6中的会话
  • 原文地址：https://www.cnblogs.com/leelike/p/1951592.html
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