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在Linux系統(tǒng)中，信號(hào)(signal)是一種異步事件的機(jī)制，可以用來(lái)通知進(jìn)程發(fā)生了某種事件。Linux系統(tǒng)提供了Signal.h頭文件來(lái)支持信號(hào)處理機(jī)制，其中包含了各種信號(hào)相關(guān)的常量、結(jié)構(gòu)體和函數(shù)。
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本文將從以下幾個(gè)方面，包括信號(hào)的基本概念、信號(hào)的分類、信號(hào)的發(fā)送和接收、信號(hào)的處理方式以及信號(hào)的應(yīng)用實(shí)例。
一、信號(hào)的基本概念
信號(hào)是由操作系統(tǒng)發(fā)送給進(jìn)程的一種通知機(jī)制，用于向進(jìn)程發(fā)送各種事件的通知。當(dāng)某個(gè)事件發(fā)生時(shí)，操作系統(tǒng)會(huì)向特定的進(jìn)程發(fā)送相應(yīng)的信號(hào)，進(jìn)程可以注冊(cè)信號(hào)處理函數(shù)來(lái)處理這些信號(hào)。
Linux系統(tǒng)中有幾十種不同的信號(hào)，每一種信號(hào)都用一個(gè)整數(shù)常量來(lái)表示。這些常量定義在Signal.h頭文件中，并以”SIG”開(kāi)頭。例如，SIGINT表示當(dāng)用戶按下Ctrl+C時(shí)發(fā)送給前臺(tái)進(jìn)程的信號(hào)，SIGTERM表示進(jìn)程終止信號(hào)，SIGKILL表示無(wú)法處理或終止進(jìn)程的強(qiáng)制終止信號(hào)。
二、信號(hào)的分類
Linux系統(tǒng)中的信號(hào)可以根據(jù)不同的分類方式進(jìn)行分類，其中較為常見(jiàn)的分類方式包括以下幾種：
1.默認(rèn)信號(hào)和自定義信號(hào)
默認(rèn)信號(hào)是由系統(tǒng)定義的且不能被修改的信號(hào)，如SIGTERM、SIGKILL等。自定義信號(hào)可以由用戶根據(jù)自己的需求來(lái)定義，如SIGUSR1、SIGUSR2等。
2.同步信號(hào)和異步信號(hào)
同步信號(hào)是進(jìn)程在執(zhí)行某些操作時(shí)自己產(chǎn)生的信號(hào)，如除零錯(cuò)誤、訪問(wèn)非法地址等。異步信號(hào)是由進(jìn)程外部的事件（如按鍵、定時(shí)器、網(wǎng)絡(luò)套接字等）觸發(fā)引起的信號(hào)。
3.可靠信號(hào)和不可靠信號(hào)
可靠信號(hào)是指能保證信號(hào)不會(huì)被丟失或重復(fù)發(fā)送的信號(hào)。不可靠信號(hào)可能會(huì)在信號(hào)處理函數(shù)還未執(zhí)行完畢時(shí)再次被發(fā)送，或者在信號(hào)處理函數(shù)中多次發(fā)送。
三、信號(hào)的發(fā)送和接收
Linux系統(tǒng)中，進(jìn)程可以使用kill函數(shù)向其他進(jìn)程或自己發(fā)送信號(hào)。kill函數(shù)的原型如下：
“`c++
#include
int kill(pid_t pid, int sig);
“`
其中pid參數(shù)表示接收信號(hào)的進(jìn)程ID，sig參數(shù)表示發(fā)送的信號(hào)。
接收信號(hào)的進(jìn)程需要通過(guò)signal函數(shù)來(lái)注冊(cè)信號(hào)處理函數(shù)，如:
“`c++
#include
void signal_handler(int sig) {
// 處理信號(hào)
}
int mn() {
signal(SIGINT, signal_handler); // 注冊(cè)鍵盤(pán)中斷信號(hào)處理函數(shù)
while (1) {
// 循環(huán)等待信號(hào)
}
return 0;
}
“`
在本例中，調(diào)用signal函數(shù)來(lái)注冊(cè)SIGINT信號(hào)，并指定了signal_handler作為處理函數(shù)。當(dāng)接收到SIGINT信號(hào)時(shí)，操作系統(tǒng)會(huì)調(diào)用signal_handler處理函數(shù)來(lái)處理信號(hào)。
四、信號(hào)的處理方式
接收到信號(hào)之后，操作系統(tǒng)會(huì)調(diào)用之前注冊(cè)的信號(hào)處理函數(shù)來(lái)處理信號(hào)。關(guān)于信號(hào)處理函數(shù)的基本要求如下：
1.信號(hào)處理函數(shù)必須是一個(gè)C語(yǔ)言函數(shù)，返回值為void。
2.信號(hào)處理函數(shù)不能有任何參數(shù)。
3.信號(hào)處理函數(shù)必須是可重入的，因?yàn)樗赡茉谌魏螘r(shí)間被調(diào)用。
信號(hào)處理函數(shù)有以下三種處理方式：
1.默認(rèn)處理方式
默認(rèn)處理方式就是不做任何處理，直接忽略信號(hào)或終止進(jìn)程?？梢允褂胹ignal函數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如：
“`c++
#include
signal(SIGINT, SIG_DFL); // 默認(rèn)操作為終止進(jìn)程
“`
2.忽略信號(hào)
可以使用signal函數(shù)將信號(hào)處理函數(shù)設(shè)置為SIG_IGN來(lái)忽略某個(gè)信號(hào)，如：
“`c++
#include
signal(SIGINT, SIG_IGN); // 忽略鍵盤(pán)中斷信號(hào)
“`
3.自定義處理方式
可以編寫(xiě)自定義的信號(hào)處理函數(shù)來(lái)處理特定的信號(hào)，如：
“`c++
#include
void signal_handler(int sig) {
// 處理信號(hào)
}
signal(SIGINT, signal_handler); // 注冊(cè)鍵盤(pán)中斷信號(hào)處理函數(shù)
“`
五、信號(hào)的應(yīng)用實(shí)例
Linux系統(tǒng)中，信號(hào)機(jī)制廣泛應(yīng)用于進(jìn)程間的通信、進(jìn)程控制、時(shí)間管理等領(lǐng)域。下面列舉幾個(gè)信號(hào)的應(yīng)用實(shí)例。
1.進(jìn)程間通信
可以使用kill函數(shù)向其他進(jìn)程發(fā)送自定義信號(hào)，如：
“`c++
kill(pid, SIGUSR1); // 向進(jìn)程pid發(fā)送SIGUSR1信號(hào)
“`
收到信號(hào)的進(jìn)程可以根據(jù)信號(hào)類型和來(lái)源，決定如何響應(yīng)。例如，可以使用自定義信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)雙方進(jìn)程的心跳檢測(cè)、資源分配等功能。
2.進(jìn)程控制
可以使用信號(hào)機(jī)制來(lái)控制進(jìn)程的行為，例如通過(guò)SIGSTOP和SIGCONT信號(hào)來(lái)停止和繼續(xù)進(jìn)程的執(zhí)行，如：
“`c++
kill(pid, SIGSTOP); // 停止進(jìn)程pid的執(zhí)行
kill(pid, SIGCONT); // 繼續(xù)進(jìn)程pid的執(zhí)行
“`
3.時(shí)間管理
可以使用定時(shí)器信號(hào)來(lái)進(jìn)行時(shí)間管理，例如使用SIGALRM信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)鬧鐘功能，如：
“`c++
#include
#include
void alarm_handler(int sig) {
// 播放音樂(lè)或執(zhí)行其他操作
}
signal(SIGALRM, alarm_handler); // 注冊(cè)定時(shí)器信號(hào)處理函數(shù)
alarm(10); // 10秒后發(fā)送SIGALRM信號(hào)
pause(); // 等待定時(shí)器信號(hào)
“`
在本例中，使用alarm函數(shù)設(shè)置10秒鐘的定時(shí)器，當(dāng)定時(shí)器到期時(shí)，將發(fā)送SIGALRM信號(hào)通知進(jìn)程。進(jìn)程在收到SIGALRM信號(hào)時(shí)，調(diào)用alarm_handler函數(shù)進(jìn)行處理。
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驅(qū)動(dòng)程序運(yùn)行在內(nèi)核空間中，應(yīng)用程序運(yùn)行在用戶空間中，兩者是不能直接通信的。但在實(shí)際應(yīng)用中，在設(shè)備已經(jīng)準(zhǔn)備好的時(shí)候，我們希望通知用戶程序搏告坦設(shè)備已經(jīng)ok，用戶程序可以讀取了，這樣應(yīng)用程序就不需要一直查詢?cè)撛O(shè)備的狀態(tài)，從而節(jié)約了資源，這就是異步通知。好，那下一個(gè)問(wèn)題就來(lái)了，這個(gè)過(guò)程如何實(shí)現(xiàn)呢？簡(jiǎn)單，兩方面的工作。
一 驅(qū)動(dòng)方面：
1. 在設(shè)備抽象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中增加一個(gè)struct fasync_struct的指針
2. 實(shí)現(xiàn)設(shè)備操作中的fasync函數(shù)，這個(gè)函數(shù)很簡(jiǎn)單，其主體就是調(diào)用內(nèi)核的fasync_helper函數(shù)。
3. 在需要向用戶空間通知的地方(例如中斷中)調(diào)用內(nèi)核的kill_fasync函數(shù)。
4. 在驅(qū)動(dòng)的release方法中調(diào)用前面定義的fasync函數(shù)
呵呵，簡(jiǎn)單吧，就三點(diǎn)。其中fasync_helper和kill_fasync都是內(nèi)核函數(shù)，我們只需要調(diào)用就可以了。在
1中定義的指針是一個(gè)重要參數(shù)，fasync_helper和kill_fasync會(huì)使用這個(gè)參數(shù)。
二 應(yīng)用層方面
1. 利用signal或者sigaction設(shè)置SIGIO信號(hào)的處理函數(shù)
2. fcntl的F_SETOWN指令設(shè)置當(dāng)前進(jìn)程為設(shè)備文件owner
3. fcntl的F_SETFL指令設(shè)置FASYNC標(biāo)志
完成了以上的工作的話，當(dāng)內(nèi)核執(zhí)行到kill_fasync函數(shù)，用戶空間SIGIO函數(shù)的處理函數(shù)就會(huì)被調(diào)用了。
呵呵，看起來(lái)不是很復(fù)雜把，讓我們結(jié)合具體代碼看看就更明白了。
先從應(yīng)用層代碼開(kāi)始吧：
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define MAX_LEN 100
//處理函數(shù)，沒(méi)什么好講的，用戶自己定義
void input_handler(int num)
{
char data;
int len;
//讀取并輸出STDIN_FILENO上的輸入
len = read(STDIN_FILENO, &data, MAX_LEN);
data = 0;
printf(“input available:%s\n”, data);
}
void main()
{
int oflags;
//啟動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)機(jī)制,將SIGIO信號(hào)同input_handler函數(shù)關(guān)聯(lián)起來(lái),一旦產(chǎn)生SIGIO信號(hào),就會(huì)執(zhí)行input_handler
signal(SIGIO, input_handler);
//STDIN_FILENO是打開(kāi)的設(shè)備文件描述符,F_SETOWN用來(lái)決定操作是干什么的,getpid()是個(gè)系統(tǒng)調(diào)用，
//功能是返回當(dāng)前進(jìn)程的進(jìn)程號(hào),整個(gè)函數(shù)基桐的功能是STDIN_FILENO設(shè)置這個(gè)設(shè)備文件的擁有者為當(dāng)前進(jìn)程。
fcntl(STDIN_FILENO, F_SETOWN, getpid());
//得到打開(kāi)文件描述符的狀態(tài)
oflags = fcntl(STDIN_FILENO, F_GETFL);
//設(shè)置文件描述符的狀態(tài)為oflags | FASYNC屬性,一旦文件描述符被設(shè)置成具有FASYNC屬性的狀態(tài)，
//也就是將設(shè)備文件切換到異步操作模式。這時(shí)系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序的fasync方法。
fcntl(STDIN_FILENO, F_SETFL, oflags | FASYNC);
//最后進(jìn)入一個(gè)死循環(huán)，程序什么都不干了，只有信號(hào)能激發(fā)input_handler的運(yùn)行
/友凱/如果程序中沒(méi)有這個(gè)死循環(huán)，會(huì)立即執(zhí)行完畢
while (1);
}
再看驅(qū)動(dòng)層代碼，驅(qū)動(dòng)層其他部分代碼不變，就是增加了一個(gè)fasync方法的實(shí)現(xiàn)以及一些改動(dòng)
//首先是定義一個(gè)結(jié)構(gòu)體，其實(shí)這個(gè)結(jié)構(gòu)體存放的是一個(gè)列表，這個(gè)
//列表保存的是一系列設(shè)備文件，SIGIO信號(hào)就發(fā)送到這些設(shè)備上
static struct fasync_struct *fasync_queue;
//fasync方法的實(shí)現(xiàn)
static int my_fasync(int fd, struct file * filp, int on)
{
int retval;
//將該設(shè)備登記到fasync_queue隊(duì)列中去
retval=fasync_helper(fd,filp,on,&fasync_queue);
if(retval
{
return retval;
}
return 0;
}
在驅(qū)動(dòng)的release方法中我們?cè)僬{(diào)用my_fasync方法
int my_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
//..processing..
drm_fasync(-1, filp, 0);
//..processing..
}
這樣后我們?cè)谛枰牡胤剑ū热缰袛啵┱{(diào)用下面的代碼,就會(huì)向fasync_queue隊(duì)列里的設(shè)備發(fā)送SIGIO信號(hào)
，應(yīng)用程序收到信號(hào)，執(zhí)行處理程序
if (fasync_queue)
kill_fasync(&fasync_queue, SIGIO, POLL_IN);
好了，這下大家知道該怎么用異步通知機(jī)制了吧？
以下是幾點(diǎn)說(shuō)明：
1 兩個(gè)函數(shù)的原型
int fasync_helper(struct inode *inode, struct file *filp, int mode, struct fasync_struct **fa);
一個(gè)”幫忙者”, 來(lái)實(shí)現(xiàn) fasync 設(shè)備方法. mode 參數(shù)是傳遞給方法的相同的值, 而 fa 指針指向一個(gè)設(shè)
備特定的 fasync_struct *
void kill_fasync(struct fasync_struct *fa, int sig, int band);
如果這個(gè)驅(qū)動(dòng)支持異步通知, 這個(gè)函數(shù)可用來(lái)發(fā)送一個(gè)信號(hào)到登記在 fa 中的進(jìn)程.
2.
fasync_helper 用來(lái)向等待異步信號(hào)的設(shè)備鏈表中添加或者刪除設(shè)備文件, kill_fasync被用來(lái)通知擁有相關(guān)設(shè)備的進(jìn)程. 它的參數(shù)是被傳遞的信號(hào)(常常是 SIGIO)和 band, 這幾乎都是 POLL_IN(但是這可用來(lái)發(fā)送”緊急”或者帶外數(shù)據(jù), 在網(wǎng)絡(luò)代碼里).
寫(xiě)一個(gè)linux下寫(xiě)個(gè)關(guān)于c語(yǔ)言的雙守護(hù)進(jìn)程，就是監(jiān)視一個(gè)進(jìn)程，當(dāng)其死掉，馬上將其重啟
這判州宴跟execvp函數(shù)的實(shí)現(xiàn)方式有關(guān)：
int execvp(const char *file ,char * const argv );
execvp()會(huì)從PATH 環(huán)境變量所指的目錄中查找符掘銀合參數(shù)file的文件名，找到后便執(zhí)行該文件，然后將第二個(gè)參數(shù)argv傳給該欲執(zhí)行的文件。如果執(zhí)行成功則函數(shù)不會(huì)返回，執(zhí)行失敗則直接返回-1，失敗原因存于errno中。
之所以顯示“fail to exec”，是因?yàn)樵赑ATH環(huán)境變量所指的目錄中沒(méi)有名為“hello”的程序。建議進(jìn)行如下操作：
1、運(yùn)行“echo $PATH”，查看一跡亂下PATH環(huán)境變量指向那些目錄
2、編寫(xiě)一個(gè)輸出“hello world”的程序，并命名為hello，即執(zhí)行命令：
gcc -o hello hello.c
3、把名為”hello“的程序拷貝到PATH變量所指的其中一個(gè)目錄中
可以分三步來(lái)做：
做兩個(gè)簡(jiǎn)單的守護(hù)進(jìn)程，并能正常運(yùn)行
監(jiān)控進(jìn)程是否在運(yùn)行
啟動(dòng)進(jìn)程
綜合起來(lái)就可以了，代碼如下：
被監(jiān)控進(jìn)程thisisatest.c（來(lái)自
）：
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
void init_daemon()
{
int pid;
int i;
pid=fork();
if(pid0) //父進(jìn)程退出
exit(0);
setsid(); //使子進(jìn)程成為組長(zhǎng)
pid=fork();
if(pid>0)
exit(0); //再次退出，使進(jìn)程不是組長(zhǎng)，這樣進(jìn)程就不會(huì)打開(kāi)控制終端
else if(pid=0)
{
time(&t);
豎族 fprintf(fp,”current time is:%s\n”,asctime(localtime(&t))); //轉(zhuǎn)換為本地時(shí)間輸出
fclose(fp);
}
}
return;
}
監(jiān)控進(jìn)程monitor.c：
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define BUFSZ 150
void init_daemon()
{
int pid;
int i;
pid=fork();
if(pid0) //父進(jìn)程退出
exit(0);
setsid(); //使子進(jìn)程成為組長(zhǎng)
pid=fork();
if(pid>0)
exit(0); //再次退出，使進(jìn)程不是組長(zhǎng)，這樣進(jìn)程就不會(huì)打開(kāi)控制終端
else if(pid=0)
{
count = does_service_work();
time(&t);
if(count>0)
fprintf(fp,”current time is:%s and the process exists, the count is %d\n”,asctime(localtime(&t)), count); //轉(zhuǎn)換為本地時(shí)間輸出
else
{
fprintf(fp,”current time is:%s and the process does not exist, restart it!\n”,asctime(localtime(&t))); //轉(zhuǎn)換為本地時(shí)間輸出
system(“/home/user/daemon/thisisatest”); //啟動(dòng)服務(wù)
}
fclose(fp);
}
}
return;
}
具體CMD命令：
cc thisisatest.c -o thisisatest
./thisisatest
cc monitor.c -o monitor
./monitor
tail -f testfork3.log — 查看日志
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