Linux编程：3、进程通信-信号

一、进程通信概述

（一）进程通信的目的

在企业开发中，一个项目常常需要多个进程共同协作，而这些进程之间需要进行通信（交换信息）以便协作。本章内容主要围绕信号讲解，其它进程通信的常用方式请期待后续文章的发布

（二）进程通信的常用方式

1. 信号
2. 信号量
3. 匿名管道
4. 命名管道
5. 共享内存
6. 消息队列
7. 本地套接字

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二、信号的基本概念

（一）信号的定义

在 Linux 编程中，信号（Signal）是一种异步通信机制，用于通知进程系统中发生了某种事件。它类似于软件中断，可打断进程的正常执行流，使其处理特定事件。

（二）信号的快速入门实例

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>void signal_handler(int arg) {printf("Received signal: %d\n", arg);
}int main(void) {int count = 1;signal(SIGINT, signal_handler);while (1) {printf("working...%d\n", count++);sleep(1);}return 0;
}

程序启动后，按下ctrl + c会向当前进程发送SIGINT信号，触发signal_handler处理函数。 

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三、信号的分类

这里我只显示常用的，不常用的信号如果你们遇到了问一下AI就行了

（一）非实时信号（1-31）

1. 特点：不支持排队，可能造成信号丢失。

2. 常见非实时信号：

3. 信号	属性值	默认处理方式	定义描述
   SIGHUP	1	Term	用户终端连接结束时发出
   SIGINT	2	Term	键盘输入Ctrl+c时发出，通知前台进程
   SIGKILL	9	Term	程序员使用kill -9指令发出
   SIGCHLD	17	Ign	子进程结束时父进程收到的信号
   SIGSTOP	19	Stop	停止进程执行（暂停不结束）
   SIGTSTP	20	Stop	键盘按下Ctrl+Z时发出

4. 处理方式：

   • Term：终止进程
   • Ign：忽略信号
   • Core：终止进程并产生 core dump 文件
   • Stop：暂停进程
   • Continue：让停止的进程继续执行至

（二）实时信号（32-64）（不常用）

1. 特点：支持排队，不会造成信号丢失。
2. 范围：从SIGRTMIN（34）到SIGRTMAX（64），如SIGRTMIN+1、SIGRTMIN+2等。

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四、信号的发送方式

（一）自动发送

例如在终端按下ctrl + c，会自动向前台进程发送SIGINT信号至。

（二）使用 kill 系统调用

1. 函数原型：int kill(pid_t pid, int sig);
2. 功能：向指定进程（pid）发送指定信号（sig），成功返回 0，失败返回 - 1 至。
3. 代码：

   #include <stdio.h>
   #include <stdlib.h>
   #include <sys/types.h>
   #include <sys/wait.h>
   #include <unistd.h>
   int main(void)
   {pid_t pid = fork();if (pid < 0) {perror("fork failed.");exit(1);}if (pid == 0) {int count = 1;while (1) {printf("child process worked. %d\n", count++);sleep(1);}}else {int n;while (1) {printf("\nPlease select: 1)Stop child process 2)Continue child ""process 3)Killchild process\n");scanf("%d", &n);switch (n) {case 1:kill(pid, SIGSTOP);break;case 2:kill(pid, SIGCONT);break;case 3:kill(pid, SIGKILL);break;default:break;}if (n == 3) {int status;waitpid(pid, &status, 0);  // 等待子进程结束并回收子进程break;}}}return 0;
   }

（三）使用 kill 命令

1. 本质：kill 命令的内部实现调用了 kill 系统调用。
2. 示例：kill -9 2483 相当于pid = 2483，调用了kill(2483, SIGKILL)函数。

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五、信号的处理方式

（一）signal 函数

（这个函数不如sigaction安全，建议编程时尽量用sigaction，代码演示在信号屏蔽之后）

1. 函数原型：sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
2. 参数：
   • signum：除SIGKILL和SIGSTOP外的任意信号
   • handler：可以是SIG_IGN（忽略信号）、SIG_DFL（恢复默认处理）或自定义处理函数指针
3. 返回值：成功返回上一次的 handler，失败返回SIG_ERR至。

（二）sigaction 函数

1. 优势：比signal更健壮。
2. 函数原型：int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);
3. 结构体sigaction：

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

4. sa_flags常用选项：
   • SA_RESTART：被信号打断的系统调用自动重新发起
   • SA_NOCLDSTOP：子进程暂停 / 继续时父进程不接收SIGCHLD
   • SA_SIGINFO：使用sa_sigaction作为处理函数至。

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六、信号屏蔽字与信号集操作

（一）信号屏蔽字的处理

1. 默认处理：当信号处理函数被调用时，内核自动将当前信号加入进程的信号屏蔽字，处理结束后恢复至。
2. 自定义处理函数：int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset);
   • how：SIG_BLOCK（阻塞信号集）、SIG_UNBLOCK（解除阻塞）、SIG_SETMASK（设置新屏蔽集）至。

（二）信号集相关函数

1. sigemptyset(sigset_t *set)：初始化信号集为空
2. sigfillset(sigset_t *set)：初始化信号集包含所有信号
3. sigaddset(sigset_t *set, int signum)：添加信号到信号集
4. sigdelset(sigset_t *set, int signum)：从信号集删除信号
5. sigismember(const sigset_t *set, int signum)：判断信号是否在集合中至。

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七、代码演示 

#include <signal.h>   // 包含信号处理相关函数声明，如sigaction、sigprocmask等
#include <stdio.h>    
#include <stdlib.h>   
#include <unistd.h>   // 包含Unix系统函数，如sleep、fork等// 信号处理函数，当接收到信号时被调用
void sig_handler(int signum)
{printf("Received signal: %d\n", signum);  // 打印接收到的信号编号
}int main(void)
{struct sigaction act;  // 定义sigaction结构体，用于设置信号处理方式act.sa_handler = sig_handler;  // 设置信号处理函数为sig_handleract.sa_flags   = 0;  // 清空标志位，使用默认处理行为// 清空信号屏蔽集，确保初始时不屏蔽任何信号sigemptyset(&act.sa_mask);// 设置SIGINT信号的处理方式为act中定义的处理方式sigaction(SIGINT, &act, 0);  printf("5 秒后，将屏蔽信号 SIGINT\n");// 倒计时5秒，期间可接收SIGINT信号for (int i = 5; i >= 1; i--) {printf("%d\n", i);sleep(1);}// 初始化信号集mask并将SIGINT添加到其中sigset_t mask;sigemptyset(&mask);sigaddset(&mask, SIGINT);// 阻塞mask中的信号（SIGINT），并保存原来的信号屏蔽字sigset_t old_mask;sigprocmask(SIG_BLOCK, &mask, &old_mask);printf("已经将 SIGINT 添加到信号集\n");// 检查是否有悬而未决的信号（即被阻塞但未处理的信号）sigset_t pend_mask;sigpending(&pend_mask);if (sigismember(&pend_mask, SIGINT)) {printf("SIGINI 被挂起了\n");}printf("5 秒后，将恢复信号屏蔽字\n");// 倒计时5秒，期间SIGINT信号会被阻塞for (int i = 5; i >= 1; i--) {printf("%d\n", i);sleep(1);}// 恢复之前保存的信号屏蔽字，解除对SIGINT的阻塞sigprocmask(SIG_SETMASK, &old_mask, 0);printf("信号屏蔽字已恢复\n");while (1) {sleep(1);}return 0;
}