【笔记】Linux应用编程的信号机制

女爷i 2022-06-02 03:07 183阅读 0赞

上一节的一点尾巴： 使用alarm+pause实现sleep功能

pause的作用是将内核挂起，减小资源使用。但是当接受到信号的时候就会被唤醒。

alarm(3);
    pause();

等同于sleep(3);

alarm(3);
    signal(SIGALRM , SIG_IGN);  //SIGNAL_ignore:处理方式，忽略这个信号 
    pause();

等同于不占用资源的while(1)

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5.1 什么是信号

正式的程序都会接触信号的，我们学到这些内容是比较重要的。  
学习一下api，并且理解信号。

【信号】信号是 内容受限的一种异步通信机制。 内容受限：只能发信号，不可以发字符、文字、图像等  
信号的目的：用于通信。  
信号的特点：异步性。  
信号的本质：是int型数字编号。

信号给人的感觉像是 软件中断。发什么信号，怎么发，谁发，是完全不知道的。

信号的举例：  
用户发出：CTRL+C kill 按键  
内核发出：硬件发生异常后（比如除以0导致出错），操作系统内核发出信号  
条件满足发出：如alarm时间到产生SIGALARM信号。管道读端关闭，尝试写会产生SIGPIPE信号

信号的接受者处理方法：  
忽略信号  
捕获信号 信号绑定一个函数  
默认处理 当前进程没有明显的管这个函数，忽略信号或者终止进程

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5.2常用信号  
系统定义好的信号：  
SIGINT 2 重要！CTRL+C送给前台的每个进程 Signal interrupt  
SIGABRT 6 调用abort函数，进程异常终止  
SIGPOLL 8  
SIGIO 8 重要！指示一个异步事件 高级io提及  
SIGKILL 9 重要！KILL -9 ，杀死一个进程的终极方法，他不能被拦截，但需要一定的权限。  
SIGSEGV 11 无效存储访问时OS的信号。访问了不该访问的内容。  
SIGPIPE 13 重要！管道和socket  
SIGCHILD 17 重要！子进程终止，父进程收到这个信号就可以回收

没有事先定义好的信号有两个：  
SIGUSR1 10  
SIGUSR2 12 功能是由用户自己决定的

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5.3 进程对信号的处理

signal() 函数  
signal（int signum，handler）  
处理方法 返回值也是sighandler\_t处理方法，出错会返回SIGERR，没出错不变

注意sighandler\_t可能找不到，这个时候去自己 typedef，man手册里面有，其实就是int

【用signal函数处理SIGINT信号】

include
    int main()
    {
        ptf(before while1)
        while(1)
        {
    
        }   
        ptf(after while1)       
        ret0;
    }

//这个时候ctrl+C会接收SIGINT，默认情况是打断进程的执行，即终止进程。  
我们有什么办法通过CTRL+C只打断while1呢？

【用signal函数绑定一个处理方法】。注意在不同linux发行版的 移植性不是很好，可能出问题。

inc
    void fun(int sig)
    {
        printf(处理signal: ? , sig)
    }
    
    int main()
    {
        signal(SIGINT , 函数指针fun)
        ptf(before while1)
        while(1)
        {
    
        }   
        ptf(after while1)       
        ret0;
    }

这个时候ctrl+C，程序不会终止，而是会打印出一句，处理signal:2！没法杀死他了嘿。kill -9或者关闭终端。  
进程收到信号时候会执行fun函数。函数的参数就是signal编号。

这里的sig参数，因为与signal绑定了，他是为了100%保证没有错误。比如说多个信号绑定了这个函数。  
类比：独立中断和共享中断。

关于处理方法  
signal（SIGINT , SIG\_DFL） 设置为默认处理。。。额好吧这一句是完全多余的  
signal（SIGINT , SIG\_IGN） 设置为忽略处理，ctrlC之后无效果，只好强制结束了  
signal（SIGKILL , SIG\_IGN） 不会成功的，kill在设计的时候指定了不可忽略。Invalid arguement！

signal有个问题，你要建立一个捕获函数的时候是有移植问题的，可能不兼容。  
解决方式是使用sigaction（signum，const传参*结构体指针action，输出型参数*结构体指针action）  
可以一次得到设置新的捕获函数和旧的捕获函数，也可以用NULL跳过其中的某一个设置。

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6.1 Linux 高级IO  
Linux一切皆是文件。  
高级IO里面也是读文件和写文件，高级IO要解决一些复杂的问题

非阻塞IO

阻塞IO：放在旁边照顾后面的进程，这是LINUX内核的一个常态。  
父进程阻塞，等待回收子进程，收到SIGCHILD就去回收子进程。  
常见的 阻塞式：wait pause sleep；

阻塞式的好处：非常有利于系统的性能发挥，他是Linux系统设计的默认方式。让CPU时刻在工作状态下。

为什么要实现非阻塞？  
阻塞式在多路io时候会遇到问题  
比如我同时读鼠标、键盘。  
我希望动了键盘来唤醒一个进程，但是设计成了阻塞式鼠标触发，这样我鼠标不动可能会卡一辈子。  
这个过程称为多路IO！

实现非阻塞？方法有二：

O\_NONBOCK打开文件 的时候设置  
fcntl打开文件之后，对fd进行操作，对其添加一个NONBLOCK模式进去

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6.2  
程序读键盘 标准输入设备，stdin  
程序读鼠标  
程序读键盘和鼠标

1键盘

inc
    main（）
    {
        ptf "before read"       //查看阻塞效果
        read(0 , buf , 2);
        ptf %s, buf;    
    }

现象是卡在read那一句。只打印了read之前一句，他读fd 0 ，因为没有按键盘就没有读到东西，这样就进入默认阻塞了  
写入abcd还不出，是因为LINXU是行缓冲的，按个回车才行。  
按回车：读出的 是 ab

2鼠标

inc
    main()
    {
        int fd = open(鼠标设备文件)  //注意：鼠标不是标准输入，/dev/input/下去找 mouse，cat去测试
                    cat测试的时候，晃一下鼠标就行，会出来好多乱码。
                    乱码是二进制文件 以 cat字符格式输出造成的。
        ptf before
        read fd
        ptf %s，buf  
    }

读出来的就是乱码。

3同时读键盘和鼠标  
默认：东西没有的时候会被阻塞住，等待被唤醒  
现在：鼠标键盘都可以被读到，但是用户会非常不爽，必须要配合，这样的设计时不合乎使用的。

inc
    main（）
    {
        //读鼠标，ptf ， 为了配合这个程序，读到这里必须动鼠标
    
        memset buf
    
        //读键盘，ptf， 为了配合这个程序，读到这里必须动键盘，顺序还不能反
    }

阻塞式IO的困境：我的程序阻塞在了鼠标这里，想去读键盘就毫无反应。后面等待处理的键盘急得要死但是由于被坑了，但是也没有办法。软件没问题，问题就是阻塞式IO的缺陷依然存在。

signal的升级版：sigaction。

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6.3 fcntl实现非阻塞

inc 
    main
    {
       //读键盘
        int flag = -1
                     = fcntl (0 ,F_GETFL);     //先获取原来的 flag，
        flag |= O_NONBLOCK     //原来的flag添加非阻塞
    
        fcntl(0 ,    F_SETFL,    flag); 
           那个文件   设置flag   传参flag
    
       //这三步之后，0，也就是stdin就是非阻塞式的了
        read
        ptf after；
    }

运行之后立马出来，打印after，而且什么都没读出来。

读鼠标的话，open的时候直接加O\_NONBLOCK就行了，很简单

鼠标+键盘：  
before  
读出鼠标：空的  
读出键盘：空的  
after  
程序结束

这也不是最终想要的效果  
改进：

while（1）
        {
            memset buf，读鼠标ret = read()
            if （ret > 0 ）
                ptf( %s,  buf)      //read返回值是读到的个数，读到>0就打印
    
            memset buf，读键盘ret = read()
            if(ret >0)
                ptf %s , buf
        }

准确的说，这样的性能不是特别好。非阻塞式虽然能实现，但是不如多路复用IO和异步IO。涉及到CPU的调度，有些难度后面再说。

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6.5 IO多路复用

IO多路复用技术：应对一些阻塞式IO的问题  
复习一下非阻塞式的缺陷：那就是必须轮询read+print，CPU不得空闲，是一种非常本质的缺陷。

于是我们引入了select() 和 poll()两个函数，他们是unix的两个派别引起的分歧，其思想一样，外部特征不一样。  
IO多路复用原理  
外部阻塞，内部非阻塞。

假设有A和B两个部分进行多路复用

循环(1)           //这里的循环用了一定的方法降低了CPU 使用资源
    {
        A阻塞
        B阻塞  
    }

\[select的简单使用\]

inc
    main
    {
    
    fd_set myset;
    fd = open鼠标
    
    FD_ZERO（&myset）     先把他用宏清零，注意传的是指针
    FD_SET( fd , &myset)
    FD_SET (0 ,&myset)          //把我们的fd添加进select准备复用的列表里，然后就可以select了
    
    struct timeval tm；
    tm.tv_sec =10;
    tm.tv_usec =10;         //超时时间定时10s 0us
    
        ret = select (  fd+1  ,     &myset ,    NULL ,  NULL,    &tm);
                  nfds                  超时时间
        if(ret < 0)
            error
        else if ret==0
            超时
        else            //大于0，意味着一路IO到达，在此处理我们列表里的鼠标或键盘
            if(FD_ISSET(fd, &myset))
                //处理鼠标
                memset；     read；       printf      
    
            if(FD_ISSET(0 ,&myset)) 
                //处理键盘
                memset；     read；       printf      
    }

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7.2 线程  
Linux中的线程是脱开于进程的，可以说是一种轻量级进程，是参与内核调度的最小单元  
一个进程中可以有多个线程

【Eg：使用线程实现同步键鼠】

inc
    void *func(void *arg)
    {
        //辅程序（while1读鼠标）--子线程
    }
    
    main
    {
        pthread_t th = -1;
    
        create_pthread( &th , NULL ,     func ,     NULL  )
                  线程属性      函数  给线程的传参
    
        //主程序（while1读键盘）--父线程
        fd =open..mouse0
        ...
        while1
    }

编译要使用gcc xxx.c -lpthread 使用了链接库，不写的话会报链接错误。