day_12_信号处理、进程间通信

一、信号的处理

1.1 发送信号的系统函数

（1）raise()

#include <signal.h>int raise(int sig);

功能：

主要用于给当前正在调用的线程/线程发送参数指定的信号，对于单线程的程序来说，等价于kill(getpid(), sig);

返回值：

success —- 0，error —- 非0；

sleep()

#include <unistd.h>unsigned int sleep(unsigned int seconds);

功能：

主要用于使得当前正在调用的线程进入睡眠状态，直到参数指定的秒数睡够了，或者一个不能被忽略的信号到达了；

返回值：

如果参数指定的秒数过去了，则返回0，否则返回还没有来得及睡的秒数，也就是剩余的秒数；

usleep()

#include <unistd.h>int usleep(useconds_t usec);  //useconds = unsigned int;

功能：

主要用于使得当前正在调用的线程睡眠参数指定的微秒；

pause()

#include <unistd.h>int pause(void);

功能：

主要用于是的当前正在调用的进程或线程暂停程序的执行，等待信号的到来；

返回值：

只有当信号被捕获时返回-1，并设置errno为EINTR；

（2）alarm()

#include <unistd.h>unsigned int alarm(unsigned int seconds);

功能：
  主要用于在进过参数指定的秒数之后，给当前正在调用的进程发送SIGALRM信号；
  每次重新设置闹钟之后都会取消之前的闹钟，当参数为0时，专门用于取消闹钟；

返回值：
  如果之前没有闹钟则返回0，否则返回之前闹钟剩余的秒数；

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1.2 信号集的基本概念和基本操作

（1）基本概念

  信号集本质上就是若干个信号组成的集合。

思考：
  请问采用最节省内存空间的方式设计信号集的数据类型，如何设计？

分析：
  int arr[64];   => 4*64 = 256B
  short arr[64];   => 2*64 = 128B
  char arr[64];   => 1*64 = 64B
采用每一个二进制位来代表一个信号，使用1表示有该信号，使用0表示没有该信号；=> 8B
  … 0010 0011   => 存在信号1、信号2、信号6

结论：
  操作系统内部使用数据类型：sigset_t表示信号集的数据类型，该数据类型的大小是：128B；

typedef struct{    unsigned long int __val[(1024 / (8 * sizeof (unsigned long int)))];} __sigset_t; typedef __sigset_t sigset_t

（2）基本操作

sigemptyset() - 清空信号集

#include <signal.h>int sigemptyset(sigset_t *set);

sigfillset() - 填满信号集

#include <signal.h>int sigfillset(sigset_t *set);

sigaddset() - 添加信号到信号集中

#include <signal.h>int sigaddset(sigset_t *set, int signum);

sigdelset() - 删除信号集中的信号

#include <signal.h>int sigdelset(sigset_t *set, int signum);

sigismember() - 判断信号是否存在

#include <signal.h>int sigismember(const sigset_t *set, int signum);

返回值：
  信号存在返回1，信号不存在返回0，出错返回-1；

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1.3 信号的屏蔽

  在某些特殊程序的执行过程中，可能不允许被信号打断，此时就需要使用信号的屏蔽技术来解决该问题；

（1）sigprocmask()

#include <signal.h>/* Prototype for the glibc wrapper function */int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset);

功能：

主要用于检查 / 修改即将屏蔽的信号集；

参数：

第一个参数：具体的屏蔽方式；
  SIG_BLOCK - 使用当前屏蔽集 + 参数set屏蔽集
        - ABC + CDE(set) =>ABCDE
  SIG_UNBLOCK - 使用当前屏蔽集 - 参数set屏蔽集
        - ABC - CDE(set) => AB
  SIG_SETMASK - 使用参数set屏蔽集替换当前屏蔽集
        - ABC CDE(set) => CDE
第二个参数：信号集类型的指针，用于指定新的信号集；
第三个参数：信号集类型的指针，用于带出之前屏蔽的信号集；
      如果不想带出之前的屏蔽集，该参数给NULL即可；

注意：
  信号的屏蔽并不是删除信号，而是相当于用一个隔板把信号档起来，对于可靠信号来说，产生了多少次，则在隔板的另一侧会排队等待多少个，而对于不可靠信号来说，无论产生了多少次，在隔板的另一侧只有一个信号排队等待，当信号的屏蔽解除时，相当于将隔板移开，只要进程不结束，则全部依次处理；

（2）sigpending()

#include <signal.h>int sigpending(sigset_t *set);

功能：

主要用于获取信号屏蔽期间来过但没来得及处理的信号集，通过参数set返回；

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1.4 计时器

  在linux系统中，操作系统会为每一个进程管理3种计时器，分别为：真实计时器、虚拟计时器以及实用计时器，一般都使用真实计时器进行计时；

#include <sys/time.h>int getitimer(int which, struct itimerval *curr_value);int setitimer(int which, const struct itimerval *new_value, struct itimerval *old_value);

功能：

主要用于获取 / 设置计时器的参数信息；

参数：

第一个参数：计时器的类型；
  ITIMER_REAL - 真实计时器，产生SIGALRM信号
         - 统计进程消耗的真实时间
  ITIMER_VIRTUAL - 虚拟计时器，产生SIGVTALRM信号
          - 统计进程在用户态下消耗的时间（了解）
  ITIMER_PROF - 实用计时器，产生SIGPROF信号
         - 统计进程在用户态和内核态消耗的总时间
第二个参数：结构体指针，用于指定计时器的新值；

struct itimerval{    struct timeval it_interval; /* 间隔时间 */    struct timeval it_value;    /* 开始时间 */};struct timeval{    time_t      tv_sec;         /* 秒 */    suseconds_t tv_usec;        /* 微秒 */};

   第三个参数：结构体指针，用于带出设置之前的旧值；

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1.5 扩展

（1）sigaction()

#include <signal.h>int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);

功能：

主要用于设置信号的处理方式，signal()的增强版；

参数：

第一个参数：具体的信号值 / 信号名称；（SIGKILL和SIGSTOP除外）
第二个参数：结构体指针，设置指定信号新的处理方式；

struct sigaction{    void     (*sa_handler)(int);    void     (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);    sigset_t   sa_mask;    int        sa_flags;    void     (*sa_restorer)(void);};struct siginfo_t{    int si_signo;  /* 信号值 */    ...}

   第三个参数：结构体指针，获取指定信号原来的处理方式；

（2）sigqueue()

#include <signal.h>int sigqueue(pid_t pid, int sig, const union sigval value);

功能：

主要用于向指定的进程发送指定的信号，还可以带一个附加数据；

参数：

第一个参数：指定进程的进程号；
第二个参数：具体的信号值 / 信号名称，类似kill()；
  0 - - - - - 测试指定的进程是否存在
第三个参数：联合类型，

union sigval{    int   sival_int;    void *sival_ptr;};

… …

二、进程间的通信技术

2.1 基本概念

  两个 / 多个进程之间的信息交互，就叫做进程间的通信；

2.2 通信方式

1. 文件
2. 信号
3. 管道
4. 共享内存
5. 消息队列（重点）
6. 信号量集
7. 网络（重点）
   … …

其中4、5、6通信方式统称为XSI IPC通信方式（X/open System Interface Inter-Process Communication）

练习：
  尝试查询sigaction()的用法；

明日预报：

（1）进程间的通信技术；