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Key
int shmid;//共享存储区ID
int *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Key
int shmid;
int *shmptr;
int Driverpid;//司机进程ID
void  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 20
struct 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 20
struct 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();
}