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Linux环境进程间通信(二): 信号

  • 时间:2015-01-20 22:01
  • 来源:永康建站
  • 作者:永康做网站
Linux环境进程间通信(二): 信号
信号本质
 
信号是在软件层次上对中断机制的一种模拟,在原理上,一个进程收到一个信号与处理器收到一个中断请求可以说是一样的。信号是异步的,一个进程不必通过任何操作来等待信号的到达,事实上,进程也不知道信号到底什么时候到达。
信号是进程间通信机制中唯一的异步通信机制,可以看作是异步通知,通知接收信号的进程有哪些事情发生了。信号机制经过POSIX实时扩展后,功能更加强大,除了基本通知功能外,还可以传递附加信息。
信号来源 
 
信号事件的发生有两个来源:硬件来源(比如我们按下了键盘或者其它硬件故障);软件来源,最常用发送信号的系统函数是kill, raise, alarm和setitimer以及sigqueue函数,软件来源还包括一些非法运算等操作。
可以从两个不同的分类角度对信号进行分类:(1)可靠性方面:可靠信号与不可靠信号;(2)与时间的关系上:实时信号与非实时信号。
Linux信号机制基本上是从Unix系统中继承过来的。信号值小于SIGRTMIN(Red hat 7.2中,SIGRTMIN=32,SIGRTMAX=63)的信号都是不可靠信号。它的主要问题是:进程每次处理信号后,就将对信号的响应设置为默认动作;信号可能丢失
由于原来定义的信号已有许多应用,不好再做改动,最终只好又新增加了一些信号,并在一开始就把它们定义为可靠信号,这些信号支持排队,不会丢失。
早期Unix系统只定义了32种信号,Ret hat7.2支持64种信号,编号0-63(SIGRTMIN=31,SIGRTMAX=63),将来可能进一步增加,这需要得到内核的支持。前32种信号已经有了预定义值,每个信号有了确定的用途及含义,并且每种信号都有各自的缺省动作。如按键盘的CTRL ^C时,会产生SIGINT信号,对该信号的默认反应就是进程终止。后32个信号表示实时信号,等同于前面阐述的可靠信号。这保证了发送的多个实时信号都被接收。实时信号是POSIX标准的一部分,可用于应用进程。
 
非实时信号都不支持排队,都是不可靠信号;实时信号都支持排队,都是可靠信号。
进程对信号的响应
 
进程可以通过三种方式来响应一个信号:(1)忽略信号,即对信号不做任何处理,其中,有两个信号不能忽略:SIGKILL及SIGSTOP;(2)捕捉信号。定义信号处理函数,当信号发生时,执行相应的处理函数;(3)执行缺省操作,Linux对每种信号都规定了默认操作,详细情况请参考[2]以及其它资料。注意,进程对实时信号的缺省反应是进程终止。
深入浅出:信号应用实例 
 
永康做网站的公司益建互联工程师小李linux下的信号应用并没有想象的那么恐怖,程序员所要做的最多只有三件事情:
1.安装信号(推荐使用sigaction());
2.实现三参数信号处理函数,handler(int signal,struct siginfo *info, void *);
3.发送信号,推荐使用sigqueue()。
实际上,对有些信号来说,只要安装信号就足够了(信号处理方式采用缺省或忽略)。其他可能要做的无非是与信号集相关的几种操作。
Linux环境进程间通信(三)消息队列
作为早期unix通信机制之一的信号能够传送的信息量有限,后来虽然POSIX 1003.1b在信号的实时性方面作了拓广,使得信号在传递信息量方面有了相当程度的改进,但是信号这种通信方式更像"即时"的通信方式,它要求接受信号的进程在某个时间范围内对信号做出反应,因此该信号最多在接受信号进程的生命周期内才有意义,信号所传递的信息是接近于随进程持续的概念(process-persistent),管道及有名管道及有名管道则是典型的随进程持续IPC,并且,只能传送无格式的字节流无疑会给应用程序开发带来不便,另外,它的缓冲区大小也受到限制。
消息队列就是一个消息的链表。可以把消息看作一个记录,具有特定的格式以及特定的优先级。对消息队列有写权限的进程可以向中按照一定的规则添加新消息;对消息队列有读权限的进程则可以从消息队列中读走消息。消息队列是随内核持续的.目前主要有两种类型的消息队列:POSIX消息队列以及系统V消息队列,系统V消息队列目前被大量使用。考虑到程序的可移植性,新开发的应用程序应尽量使用POSIX消息队列。
V消息队列
 
1.系统V消息队列是随内核持续的,只有在内核重起或者显示删除一个消息队列时,该消息队列才会真正被删除。因此系统中记录消息队列的数据结构(struct ipc_ids msg_ids)位于内核中,系统中的所有消息队列都可以在结构msg_ids中找到访问入口。
2.消息队列就是一个消息的链表。每个消息队列都有一个队列头,用结构struct msg_queue来描述(参见 附录 2)。队列头中包含了该消息队列的大量信息,包括消息队列键值、用户ID、组ID、消息队列中消息数目等等,甚至记录了最近对消息队列读写进程的ID。读者可以访问这些信息,也可以设置其中的某些信息。 
消息队列的限制 
每个消息队列的容量(所能容纳的字节数)都有限制,该值因系统不同而不同。在后面的应用实例中,输出了redhat 8.0的限制,结果参见 附录 3。 
 
另一个限制是每个消息队列所能容纳的最大消息数:在redhad 8.0中,该限制是受消息队列容量制约的:消息个数要小于消息队列的容量(字节数)。
注:上述两个限制是针对每个消息队列而言的,系统对消息队列的限制还有系统范围内的最大消息队列个数,以及整个系统范围内的最大消息数。一般来说,实际开发过程中不会超过这个限制。
给出了IPC随进程持续、随内核持续以及随文件系统持续的定义: 
1.随进程持续:IPC一直存在到打开IPC对象的最后一个进程关闭该对象为止。如管道和有名管道;
2.随内核持续:IPC一直持续到内核重新自举或者显示删除该对象为止。如消息队列、信号灯以及共享内存等;
3.随文件系统持续:IPC一直持续到显示删除该对象为止。