Linux下signal通信研究（操作系统期中论文之自选题目研究）

         本学期操作系统课期中考核需要写两篇小论文，前篇已经贴过了。今晚无聊，贴出此文，聊以慰籍空虚的心。要下载的朋友，请点击这里。

要求如下：

下面是我的论文，由于格式原因，叙述部分直接上图了：

三、初遇signal

在实验三《Linux进程间通信》---“消息机制的示例程序”中有如下源码：

#include <sys/types.h>………void sigend(int);………int msgid;int main(void){    struct mymsg msgbuf;    if((msgid=msgget(MY_KEY, IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666)) < 0 )    {/* message queue exists, act as client */         …         …         …    }    else/* acts as server */    {        signal(SIGINT, sigend);        signal(SIGTERM, sigend);        …        …        …        }    }}void sigend(int sig){    msgctl(msgid, IPC_RMID, 0);    exit(0);}

四、Signal通信简介

  1、基本知识

        软中断信号（signal，又简称为信号）用来通知进程发生了异步事件。进程之间可以互相通过系统调用kill发送软中断信号。内核也可以因为内部事件而给进程发送信号，通知进程发生了某个事件。收到信号的进程对各种信号有不同的处理方法。处理方法可以分为三类：第一种是类似中断的处理程序，对于需要处理的信号，进程可以指定处理函数，由该函数来处理。第二种方法是忽略某个信号，对该信号不做任何处理，就象未发生过一样。第三种方法是对该信号的处理保留系统的默认值。这种缺省操作，对大部分的信号的缺省操作是使得进程终止。进程通过系统调用signal来指定进程对某个信号的处理行为。

表头文件：  #include<signal.h>

功 能：     设置某一信号的对应动作

函数原型 ： void (*signal(intsignum,void(* handler)(int)))(int);

　　       或者：typedef void(*sig_t) ( int );

sig_t signal(int signum,sig_t handler);

参数说明：

　　第一个参数signum指明了所要处理的信号类型，它可以取除了SIGKILL和SIGSTOP外的任何一种信号。

　　第二个参数handler描述了与信号关联的动作，它可以取以下三种值：

　　（1）一个无返回值的函数地址

　　此函数必须在signal()被调用前申明，handler中为这个函数的名字。当接收到一个类型为sig的信号时，就执行handler 所指定的函数。这个函数应有如下形式的定义：

　　void func(int sig);

　　sig是传递给它的唯一参数。执行了signal()调用后，进程只要接收到类型为sig的信号，不管其正在执行程序的哪一部分，就立即执行func()函数。当func()函数执行结束后，控制权返回进程被中断的那一点继续执行。

　　（2）SIGIGN

　　这个符号表示忽略该信号，执行了相应的signal()调用后，进程会忽略类型为sig的信号。

　　（3）SIGDFL

　　这个符号表示恢复系统对信号的默认处理。

　　函数说明 ：

　　signal()会依参数signum指定的信号编号来设置该信号的处理函数。当指定的信号到达时就会跳转到参数handler指定的函数执行。当一个信号的信号处理函数执行时，

　　如果进程又接收到了该信号，该信号会自动被储存而不会中断信号处理函数的执行，直到信号处理函数执行完毕再重新调用相应的处理函数。但是如果在信号处理函数执行时进程收到了其它类型的信号，该函数的执行就会被中断。

　　返回值： 返回先前的信号处理函数指针，如果有错误则返回SIG_ERR(-1)。

　　附加说明 ：在信号发生跳转到自定的handler处理函数执行后，系统会自动将此处理函数换回原来系统预设的处理方式，如果要改变此操作请改用sigaction()。

　　下面的情况可以产生Signal：

　　1. 按下CTRL+C产生SIGINT

　　2. 硬件中断，如除0，非法内存访问（SIGSEV）等等

　　3. Kill函数可以对进程发送Signal

　　4. Kill命令。实际上是对Kill函数的一个包装

2.Signals

各种信号的基本信息如下;

 

 

Signal

   

Description

   

SIGABRT

   

由调用abort函数产生，进程非正常退出

   

SIGALRM

   

用alarm函数设置的timer超时或setitimer函数设置的interval timer超时

   

SIGBUS

   

某种特定的硬件异常，通常由内存访问引起

   

SIGCANCEL

   

由Solaris Thread Library内部使用，通常不会使用

   

SIGCHLD

   

进程Terminate或Stop的时候，SIGCHLD会发送给它的父进程。缺省情况下该Signal会被忽略

   

SIGCONT

   

当被stop的进程恢复运行的时候，自动发送

   

SIGEMT

   

和实现相关的硬件异常

   

SIGFPE

   

数学相关的异常，如被0除，浮点溢出，等等

   

SIGFREEZE

   

Solaris专用，Hiberate或者Suspended时候发送

   

SIGHUP

   

发送给具有Terminal的Controlling Process，当terminal被disconnect时候发送

   

SIGILL

   

非法指令异常

   

SIGINFO

   

BSD signal。由Status Key产生，通常是CTRL+T。发送给所有Foreground Group的进程

   

SIGINT

   

由Interrupt Key产生，通常是CTRL+C或者DELETE。发送给所有ForeGround Group的进程

   

SIGIO

   

异步IO事件

   

SIGIOT

   

实现相关的硬件异常，一般对应SIGABRT

   

SIGKILL

   

无法处理和忽略。中止某个进程

   

SIGLWP

   

由Solaris Thread Libray内部使用

   

SIGPIPE

   

在reader中止之后写Pipe的时候发送

   

SIGPOLL

   

当某个事件发送给Pollable Device的时候发送

   

SIGPROF

   

Setitimer指定的Profiling Interval Timer所产生

   

SIGPWR

   

和系统相关。和UPS相关。

   

SIGQUIT

   

输入Quit Key的时候（CTRL+\）发送给所有Foreground Group的进程

   

SIGSEGV

   

非法内存访问

   

SIGSTKFLT

   

Linux专用，数学协处理器的栈异常

   

SIGSTOP

   

中止进程。无法处理和忽略。

   

SIGSYS

   

非法系统调用

   

SIGTERM

   

请求中止进程，kill命令缺省发送

   

SIGTHAW

   

Solaris专用，从Suspend恢复时候发送

   

SIGTRAP

   

实现相关的硬件异常。一般是调试异常

   

SIGTSTP

   

Suspend Key，一般是Ctrl+Z。发送给所有Foreground Group的进程

   

SIGTTIN

   

当Background Group的进程尝试读取Terminal的时候发送

   

SIGTTOU

   

当Background Group的进程尝试写Terminal的时候发送

   

SIGURG

   

当out-of-band data接收的时候可能发送

   

SIGUSR1

  

用户自定义signal 1

   

SIGUSR2

   

用户自定义signal 2

   

SIGVTALRM

   

setitimer函数设置的Virtual Interval Timer超时的时候

   

SIGWAITING

   

Solaris  Thread Library内部实现专用

   

SIGWINCH

   

当Terminal的窗口大小改变的时候，发送给Foreground Group的所有进程

   

SIGXCPU

   

当CPU时间限制超时的时候

   

SIGXFSZ

 

 

 

进程超过文件大小限制

 

  

SIGXRES

   

Solaris专用，进程超过资源限制的时候发送

 

五、司机售票员问题

问题描述：

创建driver进程代表司机，seller进程代表售票员。

售票员捕捉SIGINT(代表开车)，发SIGUSR1给司机，司机打印("let's go")。

售票员捕捉SIGQUIT(代表停车)，发SIGUSR2给司机，司机打印("stop the bus")
司机捕捉SIGTSTP(代表车到总站)，发SIGUSR1给售票员，售票员打印("please get off thebus")

Driver.c源代码如下：

/* Driver.c: Act as driver   *author : houjialin   *To compile: gcc Driver.c –o driver   */#include<unistd.h>#include<signal.h>#include<stdlib.h>#include<error.h>#include<stdio.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/shm.h>#define SHM_Key 3003 //共享存储区Keyint shmid;//共享存储区IDint *shmptr;int Sellerpid;void CreatSHM()//创建共享存储区，将自己的进程ID放入其中{    if((shmid=shmget(SHM_Key, sizeof(int), IPC_CREAT|0666)) < 0)        printf("shmget error"),exit(1);    if((shmptr=(int *)shmat(shmid, 0, 0)) == (int *)-1)        printf("shmat error"),exit(1);    *shmptr=getpid(); }void driversigusr1(int signo){    printf("let's go\n");}void driversigusr2(int signo){    printf("stop the bus\n");}void driversigtstp(int signo){    kill(Sellerpid,SIGUSR1);}int main()  /*act   as  Driver*/{    CreatSHM();    while(*shmptr==getpid());//等待Seller将自己pid放入SHM    Sellerpid=*shmptr;    signal(SIGUSR1,driversigusr1);//Driver对信号SIGUSR1响应函数driversigusr1    signal(SIGUSR2,driversigusr2);//Driver对信号SIGUSR2响应函数driversigusr2    signal(SIGTSTP,driversigtstp);//Driver对信号SIGSTSP(Ctrl + z)响应函数driversigtstp    while(1);}

Seller.c源代码如下：

/* Seller.c: Act as Seller   *author : houjialin   *To compile: gcc Seller.c –o seller   */#include<unistd.h>#include<signal.h>#include<stdlib.h>#include<error.h>#include<stdio.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/shm.h>#define SHM_Key 3003 //共享存储区Keyint shmid;int *shmptr;int Driverpid;//司机进程IDvoid  getID()//通过共享存储区获取Driverpid,并将自己的放入其中{   shmid=shmget(SHM_Key, sizeof(int), 0666);   shmptr=(int *)shmat(shmid, 0, 0);   Driverpid=*shmptr;   *shmptr=getpid();}void sellersigint(int signo){    kill(Driverpid,SIGUSR1);}void sellersigquit(int signo){    kill(Driverpid,SIGUSR2);}void sellersigusr1(int signo){    printf("\nplease get off the bus\n");}int main()//act as Seller{     getID();    signal(SIGINT, sellersigint);//Seller对信号SIGINT（Ctrl + c）响应函数sellersigint    signal(SIGQUIT,sellersigquit);//Seller对信号SIGQUIT（Ctrl + \）响应函数sellersigquit         signal(SIGUSR1,sellersigusr1); //Seller对信号SIGUSR1响应函数sellersigusr1    while(1);}

 

运行结果如下：

 

  

Driver.c

   

Selller.c

  

houjialin@houjialin-ThinkPad-Edge:~/Documents$ ./driver

 

let's go

 

stop the bus

 

^Z

   

houjialin@houjialin-ThinkPad-Edge:~/Documents/期中$ ./seller

 

^C^\

 

please get off the bus

 

 

 

结果分析：

         当在seller进程中按下Ctrl+c（Ctrl+\，Ctrl+z同理）时，seller通过Signal捕获该信号，然后调用sellersigint函数处理该信号。Sellersigint函数通过系统调用kill发送SIGUSR1给driver进程（通过进程ID标识）。在driver进程中，当捕获到SIGUSR1后，掉用函数driversigusr1打印let’s go.

六、总结

     到此，通过Signal删除消息队列的原理已经基本明白了。当按下Ctrl+C结束该进程时（Kill同理），当前进程通过Signal捕获该信号然后调用sigend(int) 处理。在sigend(int) 中，通过msgctl(msgid, IPC_RMID, 0)删除相应的消息队列。

     以上只是对Signal通信的一些简单的介绍。在Linux操作系统中，许多系统进程通过Signal进行通信此处尚未涉及，有待今后研究。

附录一：

msgServe.c源代码：

/* msgServe.c: Act as Serve   *author : houjialin   *To compile: gcc msgServe.c –o msgServe   */#include<stdio.h>#include<sys/types.h>#include<sys/ipc.h>#include<sys/msg.h>#define Histype 4  #define Mytype 3#define MY_KEY 20struct mymessage {   long mtype;   char buffer[200];} message;int msgid;void server(){    msgid=msgget(MY_KEY, IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666);    if(msgid<0)     {     printf("消息队列已经存在！");     exit(0);    }    printf("server start:\n");  while(1)  {     msgrcv(msgid,&message,sizeof(struct mymessage),Histype,0);     printf("Question is:\n%s", message.buffer);     printf("Here is the answer :\n");     fgets(message.buffer,sizeof(struct mymessage)-sizeof(long)-1,stdin);     message.mtype=Mytype;     msgsnd(msgid, &message, sizeof(struct mymessage), 0);  }}int main(){  server();}

msgClient源代码：

/* msgClient.c: Act as Client   *author : houjialin   *To compile: gcc msgClient.c –o msgClient   */#include<stdio.h>#include<sys/types.h>#include<sys/ipc.h>#include<sys/msg.h>#define Mytype 4#define Histype 3#define MY_KEY 20struct mymessage{   long mtype;   char buffer[200];} message;int msgid;void client(){    msgid=msgget(MY_KEY, 0666);    if(msgid>=0)    printf("welcome to numeber %d queue!Input your questions\n",msgid);    else    {      exit(0);    }    fgets(message.buffer, sizeof(struct mymessage)-sizeof(long)-1, stdin);    while(1)    {       message.mtype=Mytype;       msgsnd(msgid, &message, sizeof(struct mymessage), 0);       msgrcv(msgid,&message,sizeof(struct mymessage),Histype,0);       printf("The answer is: %sInput your question:\n",message.buffer);       fgets(message.buffer,sizeof(struct mymessage)-sizeof(long)-1,stdin);    }}int main(){  client();}