Python标准库07 信号 (signal包，部分os包)

作者：Vamei 出处：http://www.cnblogs.com/vamei 欢迎转载，也请保留这段声明。谢谢！

 

Linux进程基础一文中已经提到，Linux以进程为单位来执行程序。我们可以将计算机看作一个大楼，内核(kernel)是大楼的管理员，进程是大楼的房客。每个进程拥有一个独立的房间(属于进程的内存空间)，而每个房间都是不允许该进程之外的人进入。这样，每个进程都只专注于自己干的事情，而不考虑其他进程，同时也不让别的进程看到自己的房间内部。这对于每个进程来说是一种保护机制。(想像一下几百个进程总是要干涉对方，那会有多么混乱，或者几百个进程相互偷窥……)

 

然而，在一些情况，我们需要打破封闭的房间，以便和进程交流信息。比如说，内核发现有一个进程在砸墙(硬件错误)，需要让进程意识到这样继续下去会毁了整个大楼。再比如说，我们想让多个进程之间合作。这样，我们就需要一定的通信方式。信号(signal)就是一种向进程传递信息的方式。我们可以将信号想象成大楼的管理员往房间的信箱里塞小纸条。随后进程取出小纸条，会根据纸条上的内容来采取一定的行动，比如灯坏了，提醒进程使用手电。(当然，也可以完全无视这张纸条，然而在失火这样紧急的状况下，无视信号不是个好的选择)。相对于其他的进程间通信方式(interprocess communication， 比如说pipe, shared memory)来说，信号所能传递的信息比较粗糙，只是一个整数。但正是由于传递的信息量少，信号也便于管理和使用。信号因此被经常地用于系统管理相关的任务，比如通知进程终结、中止或者恢复等等。

 

给我一个信号

 

信号是由内核(kernel)管理的。信号的产生方式多种多样，它可以是内核自身产生的，比如出现硬件错误(比如出现分母为0的除法运算，或者出现segmentation fault)，内核需要通知某一进程；也可以是其它进程产生的，发送给内核，再由内核传递给目标进程。内核中针对每一个进程都有一个表存储相关信息(房间的信箱)。当内核需要将信号传递给某个进程时，就在该进程相对应的表中的适当位置写入信号(塞入纸条)，这样，就生成(generate)了信号。当该进程执行系统调用时，在系统调用完成后退出内核时，都会顺便查看信箱里的信息。如果有信号，进程会执行对应该信号的操作(signal action, 也叫做信号处理signal disposition)，此时叫做执行(deliver)信号。从信号的生成到信号的传递的时间，信号处于等待(pending)状态(纸条还没有被查看)。我们同样可以设计程序，让其生成的进程阻塞(block)某些信号，也就是让这些信号始终处于等待的状态，直到进程取消阻塞(unblock)或者无视信号。

 

常见信号

信号所传递的每一个整数都被赋予了特殊的意义，并有一个信号名对应该整数。常见的信号有SIGINT, SIGQUIT, SIGCONT, SIGTSTP, SIGALRM等。这些都是信号的名字。你可以通过

$man 7 signal

来查阅更多的信号。

 

上面几个信号中，

SIGINT   当键盘按下CTRL+C从shell中发出信号，信号被传递给shell中前台运行的进程，对应该信号的默认操作是中断 (INTERRUPT) 该进程。

SIGQUIT  当键盘按下CTRL+\从shell中发出信号，信号被传递给shell中前台运行的进程，对应该信号的默认操作是退出 (QUIT) 该进程。

SIGTSTP  当键盘按下CTRL+Z从shell中发出信号，信号被传递给shell中前台运行的进程，对应该信号的默认操作是暂停 (STOP) 该进程。

SIGCONT  用于通知暂停的进程继续。

SIGALRM  起到定时器的作用，通常是程序在一定的时间之后才生成该信号。

 

在shell中使用信号

下面我们实际应用一下信号。我们在shell中运行ping：

$ping localhost

此时我们可以通过CTRL+Z来将SIGTSTP传递给该进程。shell中显示：

[1]+  Stopped                 ping localhost

我们使用$ps来查询ping进程的PID (PID是ping进程的房间号), 在我的机器中为27397

我们可以在shell中通过$kill命令来向某个进程发出信号:

$kill -SIGCONT  27397

来传递SIGCONT信号给ping进程。

 

信号处理 (signal disposition)

在上面的例子中，所有的信号都采取了对应信号的默认操作。但这并不绝对。当进程决定执行信号的时候，有下面几种可能：

1) 无视(ignore)信号，信号被清除，进程本身不采取任何特殊的操作

2) 默认(default)操作。每个信号对应有一定的默认操作。比如上面SIGCONT用于继续进程。

3) 自定义操作。也叫做获取 (catch) 信号。执行进程中预设的对应于该信号的操作。

进程会采取哪种操作，要根据该进程的程序设计。特别是获取信号的情况，程序往往会设置一些比较长而复杂的操作(通常将这些操作放到一个函数中)。

 

信号常常被用于系统管理，所以它的内容相当庞杂。深入了解信号，需要一定的Linux环境编程知识。

 

总结

信号机制; generate, deliver, pending, blocking

signal action/dispositon; ignore, default action, catch signal

$kill

 

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Python标准库07 信号 (signal包，部分os包)

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在了解了Linux的信号基础之后，Python标准库中的signal包就很容易学习和理解。signal包负责在Python程序内部处理信号，典型的操作包括预设信号处理函数，暂停并等待信号，以及定时发出SIGALRM等。要注意，signal包主要是针对UNIX平台(比如Linux, MAC OS)，而Windows内核中由于对信号机制的支持不充分，所以在Windows上的Python不能发挥信号系统的功能。

 

定义信号名

signal包定义了各个信号名及其对应的整数，比如

import signalprint signal.SIGALRMprint signal.SIGCONT

Python所用的信号名和Linux一致。你可以通过

$man 7 signal

查询

 

预设信号处理函数

signal包的核心是使用signal.signal()函数来预设(register)信号处理函数，如下所示：

singnal.signal(signalnum, handler)

signalnum为某个信号，handler为该信号的处理函数。我们在信号基础里提到，进程可以无视信号，可以采取默认操作，还可以自定义操作。当handler为signal.SIG_IGN时，信号被无视(ignore)。当handler为singal.SIG_DFL，进程采取默认操作(default)。当handler为一个函数名时，进程采取函数中定义的操作。

import signal# Define signal handler functiondef myHandler(signum, frame):    print('I received: ', signum)# register signal.SIGTSTP's handler signal.signal(signal.SIGTSTP, myHandler)signal.pause()
print('End of Signal Demo')

 

在主程序中，我们首先使用signal.signal()函数来预设信号处理函数。然后我们执行signal.pause()来让该进程暂停以等待信号，以等待信号。当信号SIGUSR1被传递给该进程时，进程从暂停中恢复，并根据预设，执行SIGTSTP的信号处理函数myHandler()。myHandler的两个参数一个用来识别信号(signum)，另一个用来获得信号发生时，进程栈的状况(stack frame)。这两个参数都是由signal.singnal()函数来传递的。

上面的程序可以保存在一个文件中(比如test.py)。我们使用如下方法运行:

$python test.py

以便让进程运行。当程序运行到signal.pause()的时候，进程暂停并等待信号。此时，通过按下CTRL+Z向该进程发送SIGTSTP信号。我们可以看到，进程执行了myHandle()函数, 随后返回主程序，继续执行。(当然，也可以用$ps查询process ID, 再使用$kill来发出信号。)

(进程并不一定要使用signal.pause()暂停以等待信号，它也可以在进行工作中接受信号，比如将上面的signal.pause()改为一个需要长时间工作的循环。)

 

我们可以根据自己的需要更改myHandler()中的操作，以针对不同的信号实现个性化的处理。

 

定时发出SIGALRM信号

一个有用的函数是signal.alarm()，它被用于在一定时间之后，向进程自身发送SIGALRM信号:

import signal# Define signal handler functiondef myHandler(signum, frame):    print("Now, it's the time")    exit()# register signal.SIGALRM's handler signal.signal(signal.SIGALRM, myHandler)signal.alarm(5)while True:    print('not yet')

我们这里用了一个无限循环以便让进程持续运行。在signal.alarm()执行5秒之后，进程将向自己发出SIGALRM信号，随后，信号处理函数myHandler开始执行。

 

发送信号

signal包的核心是设置信号处理函数。除了signal.alarm()向自身发送信号之外，并没有其他发送信号的功能。但在os包中，有类似于linux的kill命令的函数，分别为

os.kill(pid, sid)

os.killpg(pgid, sid)

分别向进程和进程组(见Linux进程关系)发送信号。sid为信号所对应的整数或者singal.SIG*。

 

实际上signal, pause，kill和alarm都是Linux应用编程中常见的C库函数，在这里，我们只不过是用Python语言来实现了一下。实际上，Python 的解释器是使用C语言来编写的，所以有此相似性也并不意外。此外，在Python 3.4中，signal包被增强，信号阻塞等功能被加入到该包中。我们暂时不深入到该包中。

 

总结

signal.SIG*

signal.signal()

signal.pause()

signal.alarm()