linux 系统编程 -- 信号（linux信号量编程）

25-04-13 4

在本文中，我们将为您详细介绍linux系统编程--信号的相关知识，并且为您解答关于linux信号量编程的疑问，此外，我们还会提供一些关于15、【Linux系统编程】memcpy函数、2019年8月12

在本文中，我们将为您详细介绍linux 系统编程 -- 信号的相关知识，并且为您解答关于linux信号量编程的疑问，此外，我们还会提供一些关于15、【Linux 系统编程】memcpy 函数、2019 年 8 月 12 日星期一（系统编程）、2019年8月14日星期三（系统编程）线程属性线程取消线程的取消例程函数线程同步互斥的方式、2019年8月8日星期四（系统编程）的有用信息。

本文目录一览：

linux 系统编程 -- 信号（linux信号量编程）
15、【Linux 系统编程】memcpy 函数
2019 年 8 月 12 日星期一（系统编程）
2019年8月14日星期三（系统编程）线程属性线程取消线程的取消例程函数线程同步互斥的方式
2019年8月8日星期四（系统编程）

linux 系统编程 -- 信号（linux信号量编程）

信号的概念

man 7 siganl 查看 man 手册

信号在我们的生活中随处可见，如：古代战争中摔杯为号；现代战争中的信号弹；体育比赛中使用的信号枪...... 他们都有共性：1. 简单 2. 不能携带大量信息 3. 满足某个特设条件才发送。

信号是信息的载体，Linux/UNIX 环境下，古老、经典的通信方式，现下依然是主要的通信手段。

Unix 早期版本就提供了信号机制，但不可靠，信号可能丢失。Berkeley 和 AT&T 都对信号模型做了更改，增加了可靠信号机制。但彼此不兼容。POSIX.1 对可靠信号例程进行了标准化。

信号的机制

A 给 B 发送信号，B 收到信号之前执行自己的代码，收到信号后，不管执行到程序的什么位置，都要暂停运行，去处理信号，处理完毕再继续执行。与硬件中断类似 —— 异步模式。但信号是软件层面上实现的中断，早期常被称为 “软中断”。

每个进程收到的所有信号，都是由内核负责发送的。

与信号相关的事件和状态

产生信号:

　　　　1. 按键产生，如：Ctrl+c、Ctrl+z、Ctrl+\

　　　　2. 系统调用产生，如：kill、raise、abort

　　　　3. 软件条件产生，如：定时器 alarm

　　　　4. 硬件异常产生，如：非法访问内存 (段错误)、除 0 (浮点数例外)、内存对齐出错 (总线错误)

　　　　5. 命令产生，如：kill 命令

递达：递送并且到达进程。

未决：产生和递达之间的状态。主要由于阻塞 (屏蔽) 导致该状态。

信号的处理方式:

　　　　1. 执行默认动作

　　　　Signal     Value     Action   Comment
　　　　　　　　　　　　　　　　默认动作
       ──────────────────────────────────────────────────────────────────────
       SIGHUP        1       Term    Hangup detected on controlling terminal
                                     or death of controlling process
       SIGINT        2       Term    Interrupt from keyboard
       SIGQUIT       3       Core    Quit from keyboard
       SIGILL        4       Core    Illegal Instruction
       SIGABRT       6       Core    Abort signal from abort(3)
       SIGFPE        8       Core    Floating point exception
       SIGKILL       9       Term    Kill signal
       SIGSEGV      11       Core    Invalid memory reference
       SIGPIPE      13       Term    Broken pipe: write to pipe with no
                                     readers
       SIGALRM      14       Term    Timer signal from alarm(2)
       SIGTERM      15       Term    Termination signal
       SIGUSR1   30,10,16    Term    User-defined signal 1
       SIGUSR2   31,12,17    Term    User-defined signal 2
       SIGCHLD   20,17,18    Ign     Child stopped or terminated
       SIGCONT   19,18,25    Cont    Continue if stopped
       SIGSTOP   17,19,23    Stop    Stop process
       SIGTSTP   18,20,24    Stop    Stop typed at terminal
       SIGTTIN   21,21,26    Stop    Terminal input for background process
       SIGTTOU   22,22,27    Stop    Terminal output for background process

       The signals SIGKILL and SIGSTOP cannot be caught, blocked, or ignored.

　　　　2. 忽略 (丢弃)

　　　　3. 捕捉 (调用户处理函数)

信号的特质：信号的实现手段导致信号有很强的延时性，但对于用户来说，时间非常短，不易察觉。

Linux 内核的进程控制块 PCB 是一个结构体，task_struct, 除了包含进程 id，状态，工作目录，用户 id，组 id，文件描述符表，还包含了信号相关的信息，主要指阻塞信号集和未决信号集。

阻塞信号集 (信号屏蔽字)：将某些信号加入集合，对他们设置屏蔽，当屏蔽 x 信号后，再收到该信号，该信号的处理将推后 (解除屏蔽后)

未决信号集:

　　1. 信号产生，未决信号集中描述该信号的位立刻翻转为 1，表信号处于未决状态。当信号被处理对应位翻转回为 0。这一时刻往往非常短暂。

2. 信号产生后由于某些原因 (主要是阻塞) 不能抵达。这类信号的集合称之为未决信号集。在屏蔽解除前，信号一直处于未决状态。

信号的编号

可以使用 kill –l 命令查看当前系统可使用的信号有哪些。

1) SIGHUP 2) SIGINT 3) SIGQUIT 4) SIGILL 5) SIGTRAP

6) SIGABRT 7) SIGBUS 8) SIGFPE 9) SIGKILL 10) SIGUSR1

　　11) SIGSEGV 12) SIGUSR2 13) SIGPIPE 14) SIGALRM 15) SIGTERM

　　16) SIGSTKFLT 17) SIGCHLD 18) SIGCONT 19) SIGSTOP 20) SIGTSTP

　　21) SIGTTIN 22) SIGTTOU 23) SIGURG 24) SIGXCPU 25) SIGXFSZ

　　26) SIGVTALRM 27) SIGPROF 28) SIGWINCH 29) SIGIO 30) SIGPWR

　　31) SIGSYS 34) SIGRTMIN 35) SIGRTMIN+1 36) SIGRTMIN+2 37) SIGRTMIN+3

　　38) SIGRTMIN+4 39) SIGRTMIN+5 40) SIGRTMIN+6 41) SIGRTMIN+7 42) SIGRTMIN+8

　　43) SIGRTMIN+9 44) SIGRTMIN+10 45) SIGRTMIN+11 46) SIGRTMIN+12 47) SIGRTMIN+13

　　48) SIGRTMIN+14 49) SIGRTMIN+15 50) SIGRTMAX-14 51) SIGRTMAX-13 52) SIGRTMAX-12

　　53) SIGRTMAX-11 54) SIGRTMAX-10 55) SIGRTMAX-9 56) SIGRTMAX-8 57) SIGRTMAX-7

　　58) SIGRTMAX-6 59) SIGRTMAX-5 60) SIGRTMAX-4 61) SIGRTMAX-3 62) SIGRTMAX-2

　　63) SIGRTMAX-1 64) SIGRTMAX

不存在编号为 0 的信号。其中 1-31 号信号称之为常规信号（也叫普通信号或标准信号），34-64 称之为实时信号，驱动编程与硬件相关。名字上区别不大。而前 32 个名字各不相同。

信号 4 要素

与变量三要素类似的，每个信号也有其必备 4 要素，分别是：

1. 编号 2. 名称 3. 事件 4. 默认处理动作

可通过 man 7 signal 查看帮助文档获取。也可查看 /usr/src/linux-headers-3.16.0-30/arch/s390/include/uapi/asm/signal.h

Signal Value Action Comment

────────────────────────────────────────────

SIGHUP 1 Term Hangup detected on controlling terminal or death of controlling process

SIGINT 2 Term Interrupt from keyboard

SIGQUIT 3 Core Quit from keyboard

SIGILL 4 Core Illegal Instruction

SIGFPE 8 Core Floating point exception

SIGKILL 9 Term Kill signal

SIGSEGV 11 Core Invalid memory reference

SIGPIPE 13 Term Broken pipe: write to pipe with no readers

SIGALRM 14 Term Timer signal from alarm(2)

SIGTERM 15 Term Termination signal

SIGUSR1 30,10,16 Term User-defined signal 1

SIGUSR2 31,12,17 Term User-defined signal 2

SIGCHLD 20,17,18 Ign Child stopped or terminated

SIGCONT 19,18,25 Cont Continue if stopped

SIGSTOP 17,19,23 Stop Stop process

SIGTSTP 18,20,24 Stop Stop typed at terminal

SIGTTIN 21,21,26 Stop Terminal input for background process

SIGTTOU 22,22,27 Stop Terminal output for background process

The signals SIGKILL and SIGSTOP cannot be caught, blocked, or ignored.

在标准信号中，有一些信号是有三个 “Value”，第一个值通常对 alpha 和 sparc 架构有效，中间值针对 x86、arm 和其他架构，最后一个应用于 mips 架构。一个‘-’表示在对应架构上尚未定义该信号。

不同的操作系统定义了不同的系统信号。因此有些信号出现在 Unix 系统内，也出现在 Linux 中，而有的信号出现在 FreeBSD 或 Mac OS 中却没有出现在 Linux 下。这里我们只研究 Linux 系统中的信号。

默认动作：

Term：终止进程

Ign：忽略信号 (默认即时对该种信号忽略操作)

Core：终止进程，生成 Core 文件。(查验进程死亡原因，用于 gdb 调试)

Stop：停止（暂停）进程

Cont：继续运行进程

注意从 man 7 signal 帮助文档中可看到 : The signals SIGKILL and SIGSTOP cannot be caught, blocked, or ignored.

这里特别强调了 9) SIGKILL 和 19) SIGSTOP 信号，不允许忽略和捕捉，只能执行默认动作。甚至不能将其设置为阻塞。

另外需清楚，只有每个信号所对应的事件发生了，该信号才会被递送 (但不一定递达)，不应乱发信号！！

Linux 常规信号一览表

1) SIGHUP: 当用户退出 shell 时，由该 shell 启动的所有进程将收到这个信号，默认动作为终止进程

2) SIGINT：当用户按下了 <Ctrl+C> 组合键时，用户终端向正在运行中的由该终端启动的程序发出此信号。默认动

作为终止进程。

3) SIGQUIT：当用户按下 <ctrl+\> 组合键时产生该信号，用户终端向正在运行中的由该终端启动的程序发出些信

号。默认动作为终止进程。

4) SIGILL：CPU 检测到某进程执行了非法指令。默认动作为终止进程并产生 core 文件

5) SIGTRAP：该信号由断点指令或其他 trap 指令产生。默认动作为终止里程并产生 core 文件。

6) IGABRT: 调用 abort 函数时产生该信号。默认动作为终止进程并产生 core 文件。

7) SIGBUS：非法访问内存地址，包括内存对齐出错，默认动作为终止进程并产生 core 文件。

8) SIGFPE：在发生致命的运算错误时发出。不仅包括浮点运算错误，还包括溢出及除数为 0 等所有的算法错误。默认动作为终止进程并产生 core 文件。

9) SIGKILL：无条件终止进程。本信号不能被忽略，处理和阻塞。默认动作为终止进程。它向系统管理员提供了可以杀死任何进程的方法。

10) SIGUSE1：用户定义的信号。即程序员可以在程序中定义并使用该信号。默认动作为终止进程。

11) SIGSEGV：指示进程进行了无效内存访问。默认动作为终止进程并产生 core 文件。

12) SIGUSR2：另外一个用户自定义信号，程序员可以在程序中定义并使用该信号。默认动作为终止进程。

13) SIGPIPE：Broken pipe 向一个没有读端的管道写数据。默认动作为终止进程。

14) SIGALRM: 定时器超时，超时的时间由系统调用 alarm 设置。默认动作为终止进程。

15) SIGTERM：程序结束信号，与 SIGKILL 不同的是，该信号可以被阻塞和终止。通常用来要示程序正常退出。执行 shell 命令 Kill 时，缺省产生这个信号。默认动作为终止进程。

16) SIGSTKFLT：Linux 早期版本出现的信号，现仍保留向后兼容。默认动作为终止进程。

17) SIGCHLD：子进程结束时，父进程会收到这个信号。默认动作为忽略这个信号。

18) SIGCONT：如果进程已停止，则使其继续运行。默认动作为继续 / 忽略。

19) SIGSTOP：停止进程的执行。信号不能被忽略，处理和阻塞。默认动作为终止进程。

20) SIGTSTP：停止终端交互进程的运行。按下 <ctrl+z> 组合键时发出这个信号。默认动作为暂停进程。

21) SIGTTIN：后台进程读终端控制台。默认动作为暂停进程。

22) SIGTTOU: 该信号类似于 SIGTTIN，在后台进程要向终端输出数据时发生。默认动作为暂停进程。

23) SIGURG：套接字上有紧急数据时，向当前正在运行的进程发出些信号，报告有紧急数据到达。如网络带外数据到达，默认动作为忽略该信号。

24) SIGXCPU：进程执行时间超过了分配给该进程的 CPU 时间，系统产生该信号并发送给该进程。默认动作为终止进程。

25) SIGXFSZ：超过文件的最大长度设置。默认动作为终止进程。

26) SIGVTALRM：虚拟时钟超时时产生该信号。类似于 SIGALRM，但是该信号只计算该进程占用 CPU 的使用时间。默认动作为终止进程。

27) SGIPROF：类似于 SIGVTALRM，它不公包括该进程占用 CPU 时间还包括执行系统调用时间。默认动作为终止进程。

28) SIGWINCH：窗口变化大小时发出。默认动作为忽略该信号。

29) SIGIO：此信号向进程指示发出了一个异步 IO 事件。默认动作为忽略。

30) SIGPWR：关机。默认动作为终止进程。

31) SIGSYS：无效的系统调用。默认动作为终止进程并产生 core 文件。

34) SIGRTMIN ～ (64) SIGRTMAX：LINUX 的实时信号，它们没有固定的含义（可以由用户自定义）。所有的实时信号的默认动作都为终止进程。

信号的产生

终端按键产生信号

Ctrl + c → 2) SIGINT（终止 / 中断） "INT" ----Interrupt

Ctrl + z → 20) SIGTSTP（暂停 / 停止） "T" ----Terminal 终端。

Ctrl + \ → 3) SIGQUIT（退出）

硬件异常产生信号

除 0 操作 → 8) SIGFPE (浮点数例外) "F" -----float 浮点数。

非法访问内存 → 11) SIGSEGV (段错误)

总线错误 → 7) SIGBUS

kill 函数 / 命令产生信号

kill 命令产生信号：kill -SIGKILL 进程 ID

kill 函数：给指定进程发送指定信号 (不一定杀死)

int kill (pid_t pid, int sig); 成功：0；失败：-1 (ID 非法，信号非法，普通用户杀 init 进程等权级问题)，设置 errno

sig：不推荐直接使用数字，应使用宏名，因为不同操作系统信号编号可能不同，但名称一致。

pid > 0: 发送信号给指定的进程。

pid = 0: 发送信号给与调用 kill 函数进程属于同一进程组的所有进程。

pid < -1: 取 | pid | 发给对应进程组。

pid = -1：发送给进程有权限发送的系统中所有进程。

进程组：每个进程都属于一个进程组，进程组是一个或多个进程集合，他们相互关联，共同完成一个实体任务，每个进程组都有一个进程组长，默认进程组 ID 与进程组长 ID 相同。

权限保护：super 用户 (root) 可以发送信号给任意用户，普通用户是不能向系统用户发送信号的。 kill -9 (root 用户的 pid) 是不可以的。同样，普通用户也不能向其他普通用户发送信号，终止其进程。只能向自己创建的进程发送信号。普通用户基本规则是：发送者实际或有效用户 ID == 接收者实际或有效用户 ID

练习：循环创建 5 个子进程，任一子进程用 kill 函数终止其父进程。【kill.c】

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>

#define N 5

int main(void)
{
    int i;                //默认创建5个子进程

    for(i = 0; i < N; i++)    //出口1,父进程专用出口
        if(fork() == 0)
            break;            //出口2,子进程出口,i不自增

    if (i == 3) {
        sleep(1);
        printf("-----------child ---pid = %d, ppid = %d\n", getpid(), getppid());
        kill(getppid(), SIGKILL);

    } else if (i == N) {
        printf("I am parent, pid = %d\n", getpid());
        while(1);
    }

    return 0;
}

raise 和 abort 系统函数

raise 函数：给当前进程发送指定信号 (自己给自己发) raise(signo) == kill(getpid(), signo);

int raise (int sig); 成功：0，失败非 0 值

abort 函数：给自己发送异常终止信号 6) SIGABRT 信号，终止并产生 core 文件

void abort (void); 该函数无返回

软件条件产生信号

alarm 函数

设置定时器 (闹钟)。在指定 seconds 后，内核会给当前进程发送 14）SIGALARM 信号。进程收到该信号，默认动作终止。

每个进程都有且只有唯一的一个定时器。

unsigned int alarm(unsigned int seconds); 返回 0 或剩余的秒数，无失败。

常用：取消定时器 alarm (0)，返回旧闹钟余下秒数。

例：alarm (5) → 3sec → alarm (4) → 5sec → alarm (5) → alarm (0)

定时，与进程状态无关 (自然定时法)！就绪、运行、挂起 (阻塞、暂停)、终止、僵尸... 无论进程处于何种状态，alarm 都计时。

练习：编写程序，测试你使用的计算机 1 秒钟能数多少个数。【alarm .c】

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main(void)
{
    int i;
    alarm(1);

    for(i = 0; ; i++)
        printf("%d\n", i);

    return 0;
}

real    0m1.002s
user    0m0.048s
sys    0m0.279s

使用 time 命令查看程序执行的时间。程序运行的瓶颈在于 IO，优化程序，首选优化 IO。 ./alarm > out 节省 IO 时间

Alarm clock

real    0m1.005s
user    0m0.000s
sys    0m0.250s

实际执行时间 = 系统时间 + 用户时间 + 等待时间

setitimer 函数

设置定时器 (闹钟)。可代替 alarm 函数。精度微秒 us，可以实现周期定时。

int setitimer(int which, const struct itimerval *new_value, struct itimerval *old_value); 成功：0；失败：-1，设置 errno

参数：which：指定定时方式

① 自然定时：ITIMER_REAL → 14）SIGLARM 计算自然时间

② 虚拟空间计时 (用户空间)：ITIMER_VIRTUAL → 26）SIGVTALRM 只计算进程占用 cpu 的时间

③ 运行时计时 (用户 + 内核)：ITIMER_PROF → 27）SIGPROF 计算占用 cpu 及执行系统调用的时间

练习：使用 setitimer 函数实现 alarm 函数，重复计算机 1 秒数数程序。【setitimer.c】

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/time.h>

/*
struct itimerval {

    struct timeval{
        it_value.tv_sec;
        it_value.tv_usec;
    } it_interval;

    struct timeval{
        it_value.tv_sec;
        it_value.tv_usec;
    } it_value;

} it, oldit;
*/

unsigned int my_alarm(unsigned int sec)
{
    struct itimerval it, oldit;
    int ret;

    it.it_value.tv_sec = sec;
    it.it_value.tv_usec = 0;
    it.it_interval.tv_sec = 0;
    it.it_interval.tv_usec = 0;

    ret = setitimer(ITIMER_REAL, &it, &oldit);
    if (ret == -1) {
        perror("setitimer");
        exit(1);
    }
    return oldit.it_value.tv_sec;
}

int main(void)
{
    int i;
    my_alarm(1);

    for(i = 0; ; i++)
        printf("%d\n", i);

    return 0;
}

拓展练习，结合 man page 编写程序，测试 it_interval、it_value 这两个参数的作用。【setitimer1.c】

提示： it_interval：用来设定两次定时任务之间间隔的时间。

it_value：定时的时长

两个参数都设置为 0，即清 0 操作。

#include <stdio.h>
#include <sys/time.h>
#include <signal.h>

void myfunc(int signo)
{
    printf("hello world\n");
}

int main(void)
{
    struct itimerval it, oldit;
    signal(SIGALRM, myfunc);
    //sighandler_t tml = signal(SIGALRM, myfunc);

    it.it_value.tv_sec = 1;
    it.it_value.tv_usec = 0;

    it.it_interval.tv_sec = 3;
    it.it_interval.tv_usec = 0;

    if(setitimer(ITIMER_REAL, &it, &oldit) == -1){
        perror("setitimer error");
        return -1;
    }

    while(1);

    return 0;
}

信号集操作函数

在 PCB 中有两个非常重要的信号集。一个称之为 “阻塞信号集”，另一个称之为 “未决信号集”。这两个信号集都是内核使用位图机制来实现的。

但操作系统不允许我们直接对其进行位操作。而需自定义另外一个集合，借助信号集操作函数来对 PCB 中的这两个信号集进行修改。

自定义信号集设定

int sigemptyset (sigset_t *set); 　　　　将某个信号集清 0 成功：0；失败：-1，设置 errno

int sigfillset (sigset_t *set); 　　　将某个信号集置 1 成功：0；失败：-1，设置 errno

int sigaddset (sigset_t *set, int signum); 　　将某个信号加入信号集合中成功：0；失败：-1，设置 errno

int sigdelset (sigset_t *set, int signum); 将某信号从信号清出信号集成功：0；失败：-1，设置 errno

int sigismember (const sigset_t *set, int signum); 　　判断某个信号是否在信号集中：在：1；不在：0；出错：-1，设置 errno

除 sigismember 外，其余操作函数中的 set 均为传出参数。sigset_t 类型的本质是位图。但不应该直接使用位操作，而应该使用上述函数，保证跨系统操作有效。

对比认知 select 函数。

sigprocmask 函数

用来屏蔽信号、解除屏蔽也使用该函数。其本质，读取或修改进程控制块中的信号屏蔽字。

严格注意，屏蔽信号：只是将信号处理延后执行 (延至解除屏蔽)；而忽略表示将信号丢弃处理。

int sigprocmask (int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset); 成功：0；失败：-1，设置 errno

　　参数：

set：传入参数，是一个自定义信号集合。由参数 how 来指示如何修改当前信号屏蔽字。

oldset：传出参数，保存旧的信号屏蔽字。

how 参数取值：假设当前的信号屏蔽字为 mask

SIG_BLOCK: 当 how 设置为此值，set 表示需要屏蔽的信号。相当于 mask = mask|set
SIG_UNBLOCK: 当 how 设置为此，set 表示需要解除屏蔽的信号。相当于 mask = mask & ~set
SIG_SETMASK: 当 how 设置为此，set 表示用于替代原始屏蔽及的新屏蔽集。相当于 mask = set，若，调用 sigprocmask 解除了对当前若干个信号的阻塞，则在 sigprocmask 返回前，至少将其中一个信号递达。

sigpending 函数

读取当前进程的未决信号集

int sigpending (sigset_t *set); set 传出参数。返回值：成功：0；失败：-1，设置 errno

练习：编写程序。把所有常规信号的未决状态打印至屏幕。【sigpending.c】

#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

void printset(sigset_t *ped)
{
    int i;
    for(i = 1; i < 32; i++){
        if((sigismember(ped, i) == 1)){
            putchar(''1'');
        } else {
            putchar(''0'');
        }
    }
    printf("\n");
}

int main(void)
{
    sigset_t set, ped;
#if 1
    sigemptyset(&set);
    sigaddset(&set, SIGINT);
#else
    sigaddset(&set, SIGSEGV);
    sigaddset(&set, SIGKILL);  // 加到信号集中不起作用
    sigaddset(&set, SIGQUIT);
    sigfillset(&set);
#endif
    sigprocmask(SIG_BLOCK, &set, NULL);    //不获取原屏蔽字

    while (1) {
        sigpending(&ped);               //获取未决信号集
        printset(&ped);
        sleep(1);
    }

    return 0;
}

信号捕捉

signal 函数

注册一个信号捕捉函数：

typedef void (*sighandler_t)(int);

sighandler_t signal (int signum, sighandler_t handler); 成功：返回函数指针；失败：返回 SIG_ERR，设置 errno

该函数由 ANSI 定义，由于历史原因在不同版本的 Unix 和不同版本的 Linux 中可能有不同的行为。因此应该尽量避免使用它，取而代之使用 sigaction 函数。

void (*signal(int signum, void (*sighandler_t)(int))) (int);

能看出这个函数代表什么意思吗？注意多在复杂结构中使用 typedef。

sigaction 函数

修改信号处理动作（通常在 Linux 用其来注册一个信号的捕捉函数）

int sigaction (int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact); 成功：0；失败：-1，设置 errno

参数：

　　　　　　act：传入参数，新的处理方式。

oldact：传出参数，旧的处理方式。

【signal.c】

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <signal.h>

void do_sig(int a)
{
    printf("Hi, SIGINT, how do you do !\n");
}

int main(void)
{
    if (signal(SIGINT, do_sig) == SIG_ERR) {
        perror("signal");
        exit(1);
    }

    while (1) {
        printf("---------------------\n");
        sleep(1);
    }

    return 0;
}

struct sigaction 结构体

struct sigaction {
        void     (*sa_handler)(int);
        void     (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);
        sigset_t   sa_mask;
        int       sa_flags;
        void     (*sa_restorer)(void);
    };

sa_restorer：该元素是过时的，不应该使用，POSIX.1 标准将不指定该元素。(弃用)

sa_sigaction：当 sa_flags 被指定为 SA_SIGINFO 标志时，使用该信号处理程序。(很少使用)

重点掌握：

① sa_handler：指定信号捕捉后的处理函数名 (即注册函数)。也可赋值为 SIG_IGN 表忽略或 SIG_DFL 表执行默认动作

② sa_mask: 调用信号处理函数时，所要屏蔽的信号集合 (信号屏蔽字)。注意：仅在处理函数被调用期间屏蔽生效，是临时性设置。

③ sa_flags：通常设置为 0，表使用默认属性。

信号捕捉特性

　　1. 进程正常运行时，默认 PCB 中有一个信号屏蔽字，假定为☆，它决定了进程自动屏蔽哪些信号。当注册了某个信号捕捉函数，捕捉到该信号以后，要调用该函数。

　　　　而该函数有可能执行很长时间，在这期间所屏蔽的信号不由☆来指定。而是用 sa_mask 来指定。调用完信号处理函数，再恢复为☆。

　　2.XXX 信号捕捉函数执行期间，XXX 信号自动被屏蔽。

　　将 sa_handler 赋值为常数 SIG_IGN 传给 sigaction 表示忽略信号，赋值为常数 SIG_DFL 表示执行系统默认动作，赋值为一个函数指针表示用自定义函数捕捉信号，

　　或者说向内核注册了一个信号处理函数，该函数返回值为 void，可以带一个 int 参数，通过参数可以得知当前信号的编号，这样就可以用同一个函数处理多种信号。

　　显然，这也是一个回调函数，不是被 main 函数调用，而是被系统所调用。

　　当某个信号的处理函数被调用时，内核自动将当前信号加入进程的信号屏蔽字，当信号处理函数返回时自动恢复原来的信号屏蔽字，这样就保证了在处理某个信号时，如果这种信号再次产生，那么它会被阻塞到当前处理结束为止。如果在调用信号处理函数时，除了当前信号被自动屏蔽之外，还希望自动屏蔽另外一些信号，则用 sa_mask 字段说明这些需要额外屏蔽的信号，当信号处理函数返回时自动恢复原来的信号屏蔽字。

　　3. 阻塞的常规信号不支持排队，产生多次只记录一次。（后 32 个实时信号支持排队）

练习 1：为某个信号设置捕捉函数【sigaction1.c】

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>

/*自定义的信号捕捉函数*/
void sig_int(int signo)
{
    printf("catch signal SIGINT\n");//单次打印
    sleep(10);
    printf("----slept 10 s\n");
}

int main(void)
{
    struct sigaction act;        

    act.sa_handler = sig_int;
    act.sa_flags = 0;
    sigemptyset(&act.sa_mask);        //不屏蔽任何信号
    sigaddset(&act.sa_mask, SIGQUIT);

    sigaction(SIGINT, &act, NULL);

    printf("------------main slept 10\n");
    sleep(10);

    while(1);//该循环只是为了保证有足够的时间来测试函数特性

    return 0;
}

练习 2：验证在信号处理函数执行期间，该信号多次递送，那么只在处理函数之行结束后，处理一次。【sigaction2.c】

/*自动屏蔽本信号，调用完毕后屏蔽自动解除*/

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>

/*自定义的信号捕捉函数*/
void sig_int(int signo)
{
    printf("catch signal SIGINT\n");
    sleep(10);            //模拟信号处理函数执行很长时间
    printf("end of handler\n");
}

int main(void)
{
    struct sigaction act;        

    act.sa_handler = sig_int;
    sigemptyset(&act.sa_mask);        //依然不屏蔽任何信号
    act.sa_flags = 0;

    sigaction(SIGINT, &act, NULL);    //注册信号处理函数

    while(1);

    return 0;
}

练习 3：验证 sa_mask 在捕捉函数执行期间的屏蔽作用。【sigaction3.c】

/*当执行SIGINT信号处理函数期间
 *多次收到SIGQUIT信号都将被屏蔽(阻塞)
 *SIGINT信号处理函数处理完，立刻解除对
 *SIGQUIT信号的屏蔽，由于没有捕捉该信号，
 *将立刻执行该信号的默认动作，程序退出
 */
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>

void sig_int(int signo)
{
    printf("catch signal SIGINT\n");
    sleep(10);            //模拟信号处理函数执行很长时间
    printf("end of handler\n");
}

int main(void)
{
    struct sigaction act;        

    act.sa_handler = sig_int;
    sigemptyset(&act.sa_mask);        
    sigaddset(&act.sa_mask, SIGQUIT);    

    /*将SIGQUIT加入信号屏蔽集,这就导致,在调用信号处理函数期间
     *不仅不响应SIGINT信号本身,还不响应SIGQUIT*/
    act.sa_flags = 0;

    sigaction(SIGINT, &act, NULL);        //注册信号SIGINT捕捉函数

    while(1);

    return 0;
}

内核实现信号捕捉过程：

信号引起的时序竞态

pause 函数

操作系统内唯一一个主动造成进程挂起的系统调用。调用该系统调用的进程将处于阻塞状态 (主动放弃 cpu) 直到有信号递达将其唤醒。

int pause (void); 返回值：-1 并设置 errno 为 EINTR

返回值：

① 如果信号的默认处理动作是终止进程，则进程终止，pause 函数么有机会返回。

② 如果信号的默认处理动作是忽略，进程继续处于挂起状态，pause 函数不返回。

③ 如果信号的处理动作是捕捉，则【调用完信号处理函数之后，pause 返回 - 1】

errno 设置为 EINTR，表示 “被信号中断”。想想我们还有哪个函数只有出错返回值（execl）。

④ pause 收到的信号不能被屏蔽，如果被屏蔽，那么 pause 就不能被唤醒。

练习：使用 pause 和 alarm 来实现 sleep 函数。【pause_sleep.c】

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>

/*所有信号处理函数的原型，都类此，
 *无返回值(void)，只有一个参数，表示信号编号*/
void sig_alrm(int signo)
{
    /*用来占位，可以不做任何事,但这个函数存在
     *SIGALRM信号
     *就不执行默认动作终止进程，而做其它事情*/
}

unsigned int mysleep(unsigned int sec)
{
    struct sigaction act, old;
    unsigned int unslept;            //保存未休眠够的时间

    act.sa_handler = sig_alrm;
    sigemptyset(&act.sa_mask);        //清空
    act.sa_flags = 0;
    sigaction(SIGALRM, &act, &old);    //注册信号处理函数sig_alrm
                                    //同时要保存旧的处理方式

    alarm(sec);                        //设置sec秒闹钟
    pause();            //进程阻塞,收到一个信号后,pause返回-1,解除阻塞

    unslept = alarm(0);    //取消旧的定时器,将剩余时间保存
    /*
     *正常情况下，闹钟到sec秒后发送SIGALRM信号，
     *pause函数收到信号，调用信号处理函数sig_alrm
     *pause函数返回，此时定时器已经到时，
     *执行unslept=alarm(0)不起作用，unslept为0
     
     *如果是异常情况下，定时器还没到sec秒，
     *pause函数被别的信号唤醒，需要将定时器取消
     *定时器返回剩余时间，也就是未休眠够的时间
     */

    sigaction(SIGALRM, &old, NULL);    //恢复SIGALRM信号原来的处理方式
    /*因为是在实现库函数,有可能用户之前设置过SIGALRM信号的处理方式*/

    return unslept;
}

int main(void)
{
    while(1){
        mysleep(5);
        printf("Five seconds passed\n");
    }

    return 0;
}

注意，unslept = alarm (0) 的用法。

例如：睡觉，alarm (10) 闹铃。

正常： 10 后闹铃将我唤醒，这时额外设置 alarm (0) 取消闹铃，不会出错。

异常： 5 分钟，被其他事物吵醒，alarm (0) 取消闹铃防止打扰。

时序竞态 (竞态条件)

前导例

设想如下场景：

欲睡觉，定闹钟 10 分钟，希望 10 分钟后闹铃将自己唤醒。

正常：定时，睡觉，10 分钟后被闹钟唤醒。

异常：闹钟定好后，被唤走，外出劳动，20 分钟后劳动结束。回来继续睡觉计划，但劳动期间闹钟已经响过，不会再将我唤醒。

时序问题分析

回顾，借助 pause 和 alarm 实现的 mysleep 函数。设想如下时序：

1. 注册 SIGALRM 信号处理函数（sigaction...)

2. 调用 alarm (1) 函数设定闹钟 1 秒。

3. 函数调用刚结束，开始倒计时 1 秒。当前进程失去 cpu，内核调度优先级高的进程 (有多个) 取代当前进程。当前进程无法获得 cpu，进入就绪态等待 cpu。

4. 1 秒后，闹钟超时，内核向当前进程发送 SIGALRM 信号 (自然定时法，与进程状态无关)，高优先级进程尚未执行完，当前进程仍处于就绪态，信号无法处理 (未决)

5. 优先级高的进程执行完，当前进程获得 cpu 资源，内核调度回当前进程执行。SIGALRM 信号递达，信号设置捕捉，执行处理函数 sig_alarm。

6. 信号处理函数执行结束，返回当前进程主控流程，pause () 被调用挂起等待。（欲等待 alarm 函数发送的 SIGALRM 信号将自己唤醒）

7. SIGALRM 信号已经处理完毕，pause 不会等到。

解决时序问题

可以通过设置屏蔽 SIGALRM 的方法来控制程序执行逻辑，但无论如何设置，程序都有可能在 “解除信号屏蔽” 与 “挂起等待信号” 这个两个操作间隙失去 cpu 资源。除非将这两步骤合并成一个 “原子操作”。sigsuspend 函数具备这个功能。在对时序要求严格的场合下都应该使用 sigsuspend 替换 pause。

int sigsuspend (const sigset_t *mask); 挂起等待信号。

　　 sigsuspend 函数调用期间，进程信号屏蔽字由其参数 mask 指定。系统调用函数一般就是原子操作

可将某个信号（如 SIGALRM）从临时信号屏蔽字 mask 中删除，这样在调用 sigsuspend 时将解除对该信号的屏蔽，然后挂起等待，当 sigsuspend 返回时，进程的信号屏蔽字恢复为原来的值。如果原来对该信号是屏蔽态，sigsuspend 函数返回后仍然屏蔽该信号。

改进版 mysleep 【sigsuspend.c】

#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <stdio.h>

void sig_alrm(int signo)
{
    /* nothing to do */
}

unsigned int mysleep(unsigned int nsecs)
{
    struct sigaction newact, oldact;
    sigset_t newmask, oldmask, suspmask;
    unsigned int unslept;

    //1.为SIGALRM设置捕捉函数，一个空函数
    newact.sa_handler = sig_alrm;
    sigemptyset(&newact.sa_mask);
    newact.sa_flags = 0;
    sigaction(SIGALRM, &newact, &oldact);

    //2.设置阻塞信号集，阻塞SIGALRM信号
    sigemptyset(&newmask);
    sigaddset(&newmask, SIGALRM);
    sigprocmask(SIG_BLOCK, &newmask, &oldmask);

    //3.定时n秒，到时后可以产生SIGALRM信号
    alarm(nsecs);

    /*4.构造一个调用sigsuspend临时有效的阻塞信号集，
     *  在临时阻塞信号集里解除SIGALRM的阻塞*/
    suspmask = oldmask;
    sigdelset(&suspmask, SIGALRM);

    /*5.sigsuspend调用期间，采用临时阻塞信号集suspmask替换原有阻塞信号集
     *  这个信号集中不包含SIGALRM信号,同时挂起等待，
     *  当sigsuspend被信号唤醒返回时，恢复原有的阻塞信号集*/
    sigsuspend(&suspmask); 

    unslept = alarm(0);
    //6.恢复SIGALRM原有的处理动作，呼应前面注释1
    sigaction(SIGALRM, &oldact, NULL);

    //7.解除对SIGALRM的阻塞，呼应前面注释2
    sigprocmask(SIG_SETMASK, &oldmask, NULL);

    return(unslept);
}

int main(void)
{
    while(1){
        mysleep(2);
        printf("Two seconds passed\n");
    }

    return 0;
}

总结

竞态条件，跟系统负载有很紧密的关系，体现出信号的不可靠性。系统负载越严重，信号不可靠性越强。

不可靠由其实现原理所致。信号是通过软件方式实现 (跟内核调度高度依赖，延时性强)，每次系统调用结束后，或中断处理处理结束后，需通过扫描 PCB 中的未决信号集，来判断是否应处理某个信号。当系统负载过重时，会出现时序混乱。

这种意外情况只能在编写程序过程中，提早预见，主动规避，而无法通过 gdb 程序调试等其他手段弥补。且由于该错误不具规律性，后期捕捉和重现十分困难。

全局变量异步 I/O

分析如下父子进程交替数数程序。当捕捉函数里面的 sleep 取消，程序即会出现问题。请分析原因。

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
 
int n = 0, flag = 0;
void sys_err(char *str)
{
    perror(str);
    exit(1);
}
void do_sig_child(int num)
{
    printf("I am child  %d\t%d\n", getpid(), n);
    n += 2;
    flag = 1;
    sleep(1);
}
void do_sig_parent(int num)
{
    printf("I am parent %d\t%d\n", getpid(), n);
    n += 2;
    flag = 1;
    sleep(1);
}
int main(void)
{
    pid_t pid;
    struct sigaction act;
    if ((pid = fork()) < 0)
        sys_err("fork");
    else if (pid > 0) {    
        n = 1;
        sleep(1);
        act.sa_handler = do_sig_parent;
        sigemptyset(&act.sa_mask);
        act.sa_flags = 0;
        sigaction(SIGUSR2, &act, NULL);             //注册自己的信号捕捉函数  父使用SIGUSR2信号
        do_sig_parent(0);                                                   
        while (1) {
            /* wait for signal */;
           if (flag == 1) {                         //父进程数数完成
                kill(pid, SIGUSR1);
                flag = 0;                        //标志已经给子进程发送完信号
            }
        }
    } else if (pid == 0) {      
        n = 2;
        act.sa_handler = do_sig_child;
        sigemptyset(&act.sa_mask);
        act.sa_flags = 0;
        sigaction(SIGUSR1, &act, NULL);
        while (1) {
            /* wait for signal */;
            if (flag == 1) {
                kill(getppid(), SIGUSR2);
                flag = 0;
            }
        }
    }
    return 0;
}

【sync_process.c】

示例中，通过 flag 变量标记程序实行进度。flag 置 1 表示数数完成。flag 置 0 表示给对方发送信号完成。

问题出现的位置，在父子进程 kill 函数之后需要紧接着调用 flag，将其置 0，标记信号已经发送。但，在这期间很有可能被 kernel 调度，失去执行权利，而对方获取了执行时间，通过发送信号回调捕捉函数，从而修改了全局的 flag。

如何解决该问题呢？可以使用后续课程讲到的 “锁” 机制。当操作全局变量的时候，通过加锁、解锁来解决该问题。现阶段，我们在编程期间如若使用全局变量，应在主观上注意全局变量的异步 IO 可能造成的问题。

可 / 不可重入函数

一个函数在被调用执行期间 (尚未调用结束)，由于某种时序又被重复调用，称之为 “重入”。根据函数实现的方法可分为 “可重入函数” 和 “不可重入函数” 两种。看如下时序。

显然，insert 函数是不可重入函数，重入调用，会导致意外结果呈现。究其原因，是该函数内部实现使用了全局变量。

注意事项

欲封装自定义可重入函数，该函数内不能含有全局变量及 static 变量，不能使用 malloc、free
信号捕捉函数应设计为可重入函数
信号处理程序可以调用的可重入函数可参阅 man 7 signal
没有包含在上述列表中的函数大多是不可重入的，其原因为：

　　　　a) 使用静态数据结构

　　　　b) 调用了 malloc 或 free

　　　　c) 是标准 I/O 函数

SIGCHLD 信号

SIGCHLD 的产生条件

子进程终止时

子进程接收到 SIGSTOP 信号停止时

子进程处在停止态，接受到 SIGCONT 后唤醒时

借助 SIGCHLD 信号回收子进程

子进程结束运行，其父进程会收到 SIGCHLD 信号。该信号的默认处理动作是忽略。可以捕捉该信号，在捕捉函数中完成子进程状态的回收。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <signal.h>
 
void sys_err(char *str)
{
    perror(str);
    exit(1);
}
void do_sig_child(int signo)
{
    int status;    pid_t pid;
    while ((pid = waitpid(0, &status, WNOHANG)) > 0) {
        if (WIFEXITED(status))
            printf("child %d exit %d\n", pid, WEXITSTATUS(status));
        else if (WIFSIGNALED(status))
            printf("child %d cancel signal %d\n", pid, WTERMSIG(status));
    }
}
int main(void)
{
    pid_t pid;    int i;
    for (i = 0; i < 10; i++) {
        if ((pid = fork()) == 0)
            break;
        else if (pid < 0)
            sys_err("fork");
    }
    if (pid == 0) {   
        int n = 1;
        while (n--) {
            printf("child ID %d\n", getpid());
            sleep(1);
        }
        return i+1;
    } else if (pid > 0) {
        struct sigaction act;
        act.sa_handler = do_sig_child;
        sigemptyset(&act.sa_mask);
        act.sa_flags = 0;
        sigaction(SIGCHLD, &act, NULL);
       
        while (1) {
            printf("Parent ID %d\n", getpid());
            sleep(1);
        }
    }
    return 0;
}

分析该例子。结合 17) SIGCHLD 信号默认动作，掌握父使用捕捉函数回收子进程的方式。【sigchild.c】

如果每创建一个子进程后不使用 sleep 可以吗？可不可以将程序中，捕捉函数内部的 while 替换为 if？为什么？

if ((pid = waitpid(0, &status, WNOHANG)) > 0) { ... }

思考：信号不支持排队，当正在执行 SIGCHLD 捕捉函数时，再过来一个或多个 SIGCHLD 信号怎么办？

子进程结束 status 处理方式

pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options)

options

WNOHANG

没有子进程结束，立即返回

WUNTRACED

如果子进程由于被停止产生的 SIGCHLD，waitpid 则立即返回

WCONTINUED

如果子进程由于被 SIGCONT 唤醒而产生的 SIGCHLD，waitpid 则立即返回

获取 status

WIFEXITED(status)

子进程正常 exit 终止，返回真

WEXITSTATUS (status) 返回子进程正常退出值

WIFSIGNALED(status)

子进程被信号终止，返回真

WTERMSIG (status) 返回终止子进程的信号值

WIFSTOPPED(status)

子进程被停止，返回真

WSTOPSIG (status) 返回停止子进程的信号值

WIFCONTINUED(status)

SIGCHLD 信号注意问题

子进程继承了父进程的信号屏蔽字和信号处理动作，但子进程没有继承未决信号集 spending。
注意注册信号捕捉函数的位置。
应该在 fork 之前，阻塞 SIGCHLD 信号。注册完捕捉函数后解除阻塞。

信号传参

发送信号传参

sigqueue 函数对应 kill 函数，但可在向指定进程发送信号的同时携带参数

int sigqueue (pid_t pid, int sig, const union sigval value); 成功：0；失败：-1，设置 errno

union sigval {

int sival_int;

void *sival_ptr;

};

向指定进程发送指定信号的同时，携带数据。但，如传地址，需注意 void *sival_ptr;，不同进程之间虚拟地址空间各自独立，将当前进程地址传递给另一进程没有实际意义。但是信号可以回调，在回调的时候，自己给自己捕捉住，传递地址就有意义了

捕捉函数传参

int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);

struct sigaction {

void (*sa_handler)(int);

void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);

sigset_t sa_mask;

int sa_flags;

void (*sa_restorer)(void);

};

当注册信号捕捉函数，希望获取更多信号相关信息，不应使用 sa_handler 而应该使用 sa_sigaction。但此时的 sa_flags 必须指定为 SA_SIGINFO。siginfo_t 是一个成员十分丰富的结构体类型，可以携带各种与信号相关的数据。

中断系统调用

系统调用可分为两类：慢速系统调用和其他系统调用。

慢速系统调用：可能会使进程永远阻塞的一类。如果在阻塞期间收到一个信号，该系统调用就被中断，不再继续执行 (早期)；也可以设定系统调用是否重启。如，read、write、pause、wait...
其他系统调用：getpid、getppid、fork...

结合 pause，回顾慢速系统调用：

慢速系统调用被中断的相关行为，实际上就是 pause 的行为：如，read

① 想中断 pause，信号不能被屏蔽。

② 信号的处理方式必须是捕捉 (默认、忽略都不可以)

③ 中断后返回 - 1，设置 errno 为 EINTR (表 “被信号中断”)

可修改 sa_flags 参数来设置被信号中断后系统调用是否重启。SA_INTERRURT 不重启。 SA_RESTART 重启。

扩展了解：

sa_flags 还有很多可选参数，适用于不同情况。如：捕捉到信号后，在执行捕捉函数期间，不希望自动阻塞该信号，可将 sa_flags 设置为 SA_NODEFER，除非 sa_mask 中包含该信号。

15、【Linux 系统编程】memcpy 函数

函数原型

　　void *memcpy(void*dest, const void *src, size_t n);

功能

　　由 src 指向地址为起始地址的连续 n 个字节的数据复制到以 destin 指向地址为起始地址的空间内。

头文件

　　 #include<string.h>

返回值

　　函数返回一个指向 dest 的指针。

说明

　　1.source 和 destin 所指内存区域不能重叠，函数返回指向 destin 的指针。

　　2. 与 strcpy 相比，memcpy 并不是遇到 ''\0'' 就结束，而是一定会拷贝完 n 个字节。

　　memcpy 用来做内存拷贝，你可以拿它拷贝任何数据类型的对象，可以指定拷贝的数据长度；

例：

　　char a[100], b[50];

　　memcpy (b, a,sizeof (b)); // 注意如用 sizeof (a)，会造成 b 的内存地址溢出。

　　strcpy 就只能拷贝字符串了，它遇到 ''\0'' 就结束拷贝；例：

　　char a[100], b[50];

　　strcpy(a,b);

　　3. 如果目标数组 destin 本身已有数据，执行 memcpy（）后，将覆盖原有数据（最多覆盖 n）。如果要追加数据，则每次执行 memcpy 后，要将目标数组地址增加到你要追加数据的地址。

　　// 注意，source 和 destin 都不一定是数组，任意的可读写的空间均可。

【实例】

//memcpy.c

#include<stdio.h>
#include<string.h>

int main()
{
   char*s="Golden Global View";
　　chard[20];
　　clrscr();
　　memcpy(d,s,strlen(s));
　　d[strlen(s)]=''\0'';//因为从d[0]开始复制，总长度为strlen(s)，d[strlen(s)]置为结束符
　　printf("%s",d);
　　getchar();
　　return0;
}

执行结果

GoldenGlobal View

2019 年 8 月 12 日星期一（系统编程）

2019 年 8 月 12 日星期一

一. linux 信号集概念

1. 什么是信号集？

信号集是一个集合，而每一个成员都是一个信号来的，通过把信号加入到信号集中，再设置阻塞状态给信号集，那么整个信号集中的所有信号都会变成阻塞的状态。

2. 信号阻塞与信号忽略有区别？

忽略：收到信号之后，会直接丢弃。

阻塞：在阻塞的状态下收到信号，不会马上响应，而是等待解除阻塞状态之后，才会响应。

二. 信号集处理函数？

0. 信号集怎么定义？

sigset_t 是信号集的数据类型，直接定义一个变量即可，例子： sigset_t set;

1. 清空信号集 -> sigemptyset() -> man 3 sigemptyset

#include <signal.h>

int sigemptyset(sigset_t *set);

set：需要清空的信号集的地址

返回值：

成功：0

失败：-1

2. 将所有 linux 信号加入到信号集中 -> sigfillset() -> man 3 sigfillset

#include <signal.h>

int sigfillset(sigset_t *set);

set：需要填充满信号的信号集的地址

返回值：

成功：0

失败：-1

3. 添加一个信号到信号集中 -> sigaddset() -> man 3 sigaddset

#include <signal.h>

int sigaddset(sigset_t *set, int signum);

set: 需要添加信号的信号集的地址

signum: 需要添加的信号值

返回值：

成功：0

失败：-1

4. 从信号集中删除一个信号 -> sigdelset() -> man 3 sigdelset

#include <signal.h>

int sigdelset(sigset_t *set, int signum);

set: 需要删除信号的信号集的地址

signum: 需要删除的信号值

返回值：

成功：0

失败：-1

5. 测试一个信号是不是在信号集中。

#include <signal.h>

int sigismember(const sigset_t *set, int signum);

set：需要判断的信号集的地址。

signum：需要判断的信号值。

返回值：

signum 在 set 中，那么返回 1

signum 不在 set 中，那么返回 0

出错： -1

6. 设置信号集的阻塞状态？ -> sigprocmask() -> man 3 sigprocmask

#include <signal.h>

int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oset);

how:

SIG_BLOCK -> 将信号集设置为阻塞状态

SIG_UNBLOCK -> 解除信号集的阻塞状态

set: 需要设置属性的信号集的地址

oset: 保留之前状态指针，如果不关心，则填 NULL。

返回值：

成功：0

失败：-1

练习 1：进程产生一个子进程。

父进程把 SIGUSR1 加入到信号集中，判断该信号是否在集合中，设置阻塞 10 秒，10 秒之后解除阻塞。

子进程父进程设置阻塞属性之后，发送信号给父进程，看看会不会马上响应？10 秒后呢？

不会马上响应，而是要等到 10 秒之后才会响应。

#include <sys/types.h>

#include <signal.h>

#include <unistd.h>

#include <sys/wait.h>

#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

#include <sys/stat.h>

#include <fcntl.h>

#include <string.h>

void fun(int sig)

{

printf("catch sig = %d\n",sig);

}

int main(int argc,char *argv[])

{

pid_t x;

x = fork();

if(x > 0)

{

signal(SIGUSR1,fun);

int ret,i;

sigset_t set; // 定义一个信号集

sigemptyset (&set); // 清空信号

sigaddset(&set,SIGUSR1);

ret = sigismember(&set,SIGUSR1);

if(ret <= 0)

{

printf("not member!\n");

exit(-1);

}

sigprocmask(SIG_BLOCK,&set,NULL);

for(i=10;i>0;i--)

{

sleep(1);

printf("%d\n",i);

}

sigprocmask(SIG_UNBLOCK,&set,NULL);

wait(NULL);

exit(0);

}

if(x == 0)

{

sleep(3);

kill(getppid(),SIGUSR1);

printf("I send SIGUSR1 to parent!\n");

exit(0);

}

return 0;

}

练习 2：验证阻塞掩码会被子进程继承。

#include <sys/types.h>

#include <signal.h>

#include <unistd.h>

#include <sys/wait.h>

#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

#include <sys/stat.h>

#include <fcntl.h>

#include <string.h>

void fun(int sig)

{

printf("catch sig = %d\n",sig);

}

int main(int argc,char *argv[])

{

signal(SIGUSR1,fun);

//1. 让进程设置阻塞信号

sigset_t set;

sigemptyset(&set);

sigaddset(&set,SIGUSR1);

sigprocmask(SIG_BLOCK,&set,NULL);

//2. 带着这个阻塞状态去产生一个子进程

pid_t x;

int i;

x = fork();

if(x > 0)

{

printf("parent pid = %d\n",getpid());

for (i=20;i>0;i--) // 在 20S 内，发送 SIGUSR1 给父进程。

{

sleep(1);

printf ("parent i = % d\n",i); // 挂起队列上：SIGUSR1

}

// 给父进程解除阻塞

sigprocmask (SIG_UNBLOCK,&set,NULL); // 会响应

printf("parent unblock!\n");

wait(NULL);

exit(0);

}

if(x == 0)

{

printf("child pid = %d\n",getpid());

// 究竟有没有继承过来？

for (i=35;i>0;i--) // 在 35S 内，发送 SIGUSR1 给子进程。

{

sleep(1);

printf ("child i = % d\n",i); // 挂起队列上：SIGUSR1

}

// 给子进程解除阻塞

sigprocmask (SIG_UNBLOCK,&set,NULL); // 会响应

printf("child unblock!\n");

exit(0);

}

return 0;

}

练习 3：在进程的挂起队列中，没有相同的信号 (即相同的信号会被丢弃)

父进程：

sigprocmask(SIG_BLOCK,&set,NULL);

for(i=10;i>0;i--)

{

sleep(1);

printf("%d\n",i);

}

sigprocmask(SIG_UNBLOCK,&set,NULL);

wait(NULL);

exit(0);

子进程：

sleep(3);

kill(getppid(),SIGUSR1);

printf ("I send SIGUSR1 to parent!\n"); -> 结果：只会响应一次 SIGUSR1。

二. linux IPC 对象

1. 什么是 IPC 对象？

在 linux 下，IPC 对象指的是消息队列，共享内存，信号量。如果用户想在程序中使用 IPC 对象进行进程之间通信，首先必须申请 IPC 对象对应的资源。例子：想使用消息队列，必须先申请消息队列对应的 ID 号 (key 值)。

2. 查看系统所有的 IPC 对象

1）查看 IPC 对象： ipcs -a

------ Shared Memory Segments -------- // 共享内存

key shmid owner perms bytes nattch status

------ Semaphore Arrays -------- // 信号量

key semid owner perms nsems

------ Message Queues -------- // 消息队列

key msqid owner perms used-bytes messages

key: key 值，每一个 IPC 对象都有一个唯一的 key 值。

id: ID 号，是根据唯一的 key 值申请而来的。

2）删除 IPC 对象

消息队列： ipcrm -q key 值 /ipcrm -q 消息队列 ID

共享内存： ipcrm -m key 值 /ipcrm -m 共享内存 ID

信号量： ipcrm -s key 值 /ipcrm -s 信号量 ID

3. 在 linux 下，如果需要使用任何一个 IPC 对象，都必须先申请对应的 key 值。 -> ftok() -> man 3 ftok

功能： convert a pathname and a project identifier to a System V IPC key

// 给定一个合法的路径以及一个整数，就可以得到一个 key 值。

使用格式：

#include <sys/types.h>

#include <sys/ipc.h>

key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);

pathname：一个合法路径。常用： "."

proj_id：非 0 整数 128 常用："10"

返回值：

成功： key 值

失败： -1

注意：当参数全部一致时，得到的 key 值是一样。

100 = ftok(".",10);

ftok (".",10); -> 这个函数的返回值必须是 100。

举例子。

#include <sys/types.h>

#include <sys/ipc.h>

#include <stdio.h>

int main(int argc,char *argv[])

{

key_t key;

key = ftok(".",10);

printf("key = %d\n",key);

key =ftok("..",10);

printf("key = %d\n",key);

key =ftok(".",20);

printf("key = %d\n",key);

key =ftok(".",10);

printf ("key = % d\n",key); -> 与第一个一样！

return 0;

}

三. 进程之间通信方式 - 消息队列

1. 管道通信与消息队列通信非常相似，有什么差异？

管道通信：不能读取特定的数据，只要管道中有数据，就一定要读取出来，操作数据时使用文件 IO 函数。

消息队列通信：可以读取特定类型的数据，有数据但是数据类型不符合，那么就可以不读取，操作数据时使用消息队列特定的函数。

2. 消息队列的机制？

每一个在消息队列中数据都包含 " 类型 + 正文 "，读取方只需要提供类型，就可以读取到消息队列中相对应的数据了。

3. 消息队列对应的函数接口？

0）由于是使用 IPC 对象，所以必须要申请 key 值。

key = ftok(".",10);

1）根据 key 值申请消息队列的 ID 号。 -> msgget() -> man 2 msgget

功能：get a message queue identifier -> 获取消息队列的 ID 号

使用格式：

#include <sys/types.h>

#include <sys/ipc.h>

#include <sys/msg.h>

int msgget(key_t key, int msgflg);

key：消息队列对应的 key 值。

msgflg： IPC_CREAT|0666 -> 不存在则创建

IPC_EXCL -> 存在则报错

The execute permissions are not used. -> 消息队列中执行权限是无效的，不被使用，0777 与 0666 一致的！

返回值：

成功：消息队列的 ID 号

失败：-1

2）往消息队里中发送数据。 -> msgsnd() -> man 2 msgsnd

使用格式：

#include <sys/types.h>

#include <sys/ipc.h>

#include <sys/msg.h>

int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);

msqid：消息队列的 ID

msgp：写入到消息队列的结构体缓冲区的地址

struct msgbuf {

long mtype; // 消息的类型，必须 >0

char mtext [x]; // 消息的正文，自定义的数组 / 结构体 x 由你来决定

};

msgsz：消息正文的大小

msgflg：普通属性 -> 0

返回值：

成功：0

失败：-1

3）从消息队列中读取数据。 -> msgrcv() -> man 3 msgrcv

使用格式：

#include <sys/types.h>

#include <sys/ipc.h>

#include <sys/msg.h>

ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp, int msgflg);

msqid：消息队列的 ID

msgp：读取消息队列中数据的结构体缓冲区

struct msgbuf {

long mtype; // 消息的类型，必须 >0

char mtext [x]; // 消息的正文，自定义的数组 / 结构体 x 由你来决定

};

msgsz：消息队列正文大小

msgtyp：读取的类型

msgflg：普通属性 -> 0

返回值：

成功：正文的字节数

失败：-1

4）删除消息队列的 ID -> msgctl() -> man 2 msgctl -> 一般是读端来完成。

使用格式：

#include <sys/types.h>

#include <sys/ipc.h>

#include <sys/msg.h>

int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);

msqid：消息队列的 ID

cmd： IPC_RMID -> 删除消息队列命令

buf：如果是删除，则填 NULL。

返回值：

成功：0

失败：-1

练习 4：使用消息队列，完成两个进程之间的通信。

/* 读端 */

#include "head.h"

struct msgbuf{

long mtype;

char mtext[50];

};

int main(int argc,char *argv[])

{

//1. 申请 key 值

key_t key = ftok(".",10);

//2. 根据 key 值申请 ID 号

int msgid = msgget(key,IPC_CREAT|0666);

//3. 定义数据缓冲区

struct msgbuf gec;

int ret;

while(1)

{

bzero(&gec,sizeof(gec));

ret = msgrcv(msgid,&gec,sizeof(gec.mtext),10,0);

if(ret == -1)

{

printf("msgrcv error!\n");

exit(0);

}

printf("from peer:%s",gec.mtext);

if(strncmp(gec.mtext,"quit",4) == 0)

{

break;

}

//4. 删除消息队列

msgctl(msgid,IPC_RMID,NULL);

return 0;

}

/* 写端 */

#include "head.h"

struct msgbuf{

long mtype;

char mtext[50];

};

int main(int argc,char *argv[])

{

//1. 申请 key 值

key_t key = ftok(".",10);

//2. 根据 key 值申请 ID 号

int msgid = msgget(key,IPC_CREAT|0666);

//3. 定义数据缓冲区

struct msgbuf gec;

int ret;

while(1)

{

bzero(&gec,sizeof(gec));

gec.mtype = 10; // 类型

fgets (gec.mtext,50,stdin); // 正文

ret = msgsnd(msgid,&gec,strlen(gec.mtext),0);

if(ret == -1)

{

printf("msgsnd error!\n");

exit(-1);

}

if(strncmp(gec.mtext,"quit",4) == 0)

{

break;

}

return 0;

}

2019年8月14日星期三（系统编程）线程属性线程取消线程的取消例程函数线程同步互斥的方式

2019年8月14日星期三

一.线程属性 -> 分离属性

1. 什么是分离属性？

分离：说明主线程不需要接合子线程 -> 不需要pthread_join子线程 -> 当主线程退出时，子线程还是会退出。

非分离：说明主线程需要接合子线程 -> 需要pthread_join子线程

默认pthread_create()创建出来的线程都是非分离属性。

2. 如何创建出分离属性的线程呢？

思路：添加分离属性到一个属性变量中，然后使用该属性变量去创建一个新的线程，那么这个线程就是一个分离的线程。

1）定义一个属性变量（数据类型： pthread_attr_t）

pthread_attr_t attr;

2）初始化属性变量。 -> pthread_attr_init() -> man 3 pthread_attr_init

功能： initialize thread attributes object

使用格式：

#include <pthread.h>

int pthread_attr_init(pthread_attr_t *attr);

attr：需要初始化的属性变量

返回值：

成功：0

失败：非0错误码

3）设置分离属性到属性变量中 -> pthread_attr_setdetachstate() -> man 3 pthread_attr_setdetachstate

功能：set detach state attribute in thread attributes object

使用格式：

#include <pthread.h>

int pthread_attr_setdetachstate(pthread_attr_t *attr, int detachstate);

attr：已初始化的属性变量的地址

detachstate：PTHREAD_CREATE_DETACHED -> 分离属性

PTHREAD_CREATE_JOINABLE -> 非分离属性

返回值：

成功：0

失败：非0错误码

4）利用线程属性变量去创建一个分离属性的线程。

pthread_create(&tid,&attr,...);

5）销毁属性变量 -> pthread_attr_destroy() -> man 3 pthread_attr_destroy

功能：destroy thread attributes object

使用格式：

#include <pthread.h>

int pthread_attr_destroy(pthread_attr_t *attr);

attr：已初始化的属性变量

返回值：

成功：0

失败：非0错误码

练习1：验证一个分离属性线程，在主线程比自己提前退出时，该分离的线程会不会继续运行？ -> 不会继续运行。

#include "head.h"

void *routine(void *arg)

{

int i;

for(i=0;i<10;i++)

{

printf("child %d\n",i);

sleep(1);

}

int main()

{

//1. 设置分离属性

pthread_attr_t attr;

pthread_attr_init(&attr);

pthread_attr_setdetachstate(&attr,PTHREAD_CREATE_DETACHED);

//2. 创建线程

pthread_t tid;

pthread_create(&tid,&attr,routine,NULL);

//3. 主线程

int i;

for(i=0;i<5;i++)

{

printf("parent %d\n",i);

sleep(1);

}

return 0;

}

3. 设置线程本身的属性为分离属性。 -> pthread_detach() -> man 3 pthread_detach

功能： detach a thread

使用格式：

#include <pthread.h>

int pthread_detach(pthread_t thread);

thread：需要分离的线程的ID号

返回值：

成功：0

失败：非0错误码

4. 获取线程自己的TID号。 -> pthread_self() -> man 3 pthread_self

功能：obtain ID of the calling thread

使用格式：

#include <pthread.h>

pthread_t pthread_self(void);

参数：无

返回值：线程的TID号

例子：

void *routine(void *arg)

{

pthread_detach(pthread_self()); -> 线程就会变成分离属性。

}

int main()

{

pthread_t tid;

pthread_create(&tid,NULL,routine,NULL);

pause();

}

二. 线程的取消？

1. 一般而言，都是主线程去控制子线程的状态。例如：主线程发送取消请求给子线程。

函数： pthread_cancel() -> man 3 pthread_cancel

功能： send a cancellation request to a thread -> 发送取消请求给线程。

使用格式：

#include <pthread.h>

int pthread_cancel(pthread_t thread);

thread：需要取消的线程的TID号。

返回值：

成功：0

失败：错误码

注意：

收到取消请求就等价于是提前调用pthread_exit(),如果因为取消而退出，则不能把退出状态返回给主线程，但是线程主动退出pthread_exit()可以返回。

#include "head.h"

void *routine(void *arg)

{

int i;

for(i=10;i>0;i--)

{

printf("%d\n",i);

sleep(1);

}

pthread_exit(NULL);

}

int main(int argc,char *argv[])

{

pthread_t tid;

pthread_create(&tid,NULL,routine,NULL); -> 普通线程默认是可以响应的！

sleep(5);

pthread_cancel(tid);

pthread_join(tid,NULL);

return 0;

}

2. 设置线程的取消响应的状态。 -> pthread_setcancelstate() -> man 3 pthread_setcancelstate

功能： set cancelability state

使用格式：

#include <pthread.h>

int pthread_setcancelstate(int state, int *oldstate);

state：

PTHREAD_CANCEL_ENABLE -> 可以响应

PTHREAD_CANCEL_DISABLE -> 不可以响应

oldstate：原来的取消状态的值，不关心原来的状态，则填NULL。

结论：

If a cancellation request is received, it is blocked until cancelability is enabled.

假设当前是不能响应取消请求的状态，但是这时收到一个取消请求，那么这个请求会一直阻塞等待，直到线程能响应取消请求为止才会被执行。

练习2：验证结论。

#include "head.h"

void *routine(void *arg)

{

int i;

pthread_setcancelstate(PTHREAD_CANCEL_DISABLE,NULL);

for(i=0;i<5;i++)

{

sleep(1);

printf("disable %d\n",i);

}

pthread_setcancelstate(PTHREAD_CANCEL_ENABLE,NULL);

for(i=0;i<5;i++)

{

sleep(1);

printf("enable %d\n",i);

}

pthread_exit(NULL);

}

int main(int argc,char *argv[])

{

pthread_t tid;

pthread_create(&tid,NULL,routine,NULL);

sleep(2);

pthread_cancel(tid);

printf("I send cancel to thread!\n");

pthread_join(tid,NULL);

return 0;

}

3. 设置线程取消响应的类型 -> pthread_setcanceltype() -> man 3 pthread_setcanceltype

功能：set cancelability type

使用格式：

#include <pthread.h>

int pthread_setcanceltype(int type, int *oldtype);

type：

PTHREAD_CANCEL_DEFERRED -> 延迟取消

PTHREAD_CANCEL_ASYNCHRONOUS -> 立即取消 -> 默认创建的线程都是立即取消。

oldtype：

原来的取消类型的值，不关心原来的状态，则填NULL。

取消点函数有哪些？ -> man 7 pthreads

Cancellation Points

fgetc()

fgets()

fopen()

fprintf()

fputc()

例子：

#include "head.h"

void *routine(void *arg)

{

pthread_setcanceltype(PTHREAD_CANCEL_DEFERRED,NULL);

//for循环不属于取消点函数

long i,j;

for(i=0;i<100000;i++)

{

for(j=0;j<100000;j++)

{

}

while(1)

{

fputc(''a'',stderr); //执行完这次取消点函数之后，再响应取消。

printf("helloworld!\n");

}

pthread_exit(NULL);

}

int main(int argc,char *argv[])

{

pthread_t tid;

pthread_create(&tid,NULL,routine,NULL);

pthread_cancel(tid);

printf("I send cancel to thread!\n");

pthread_join(tid,NULL);

return 0;

}

三. 线程的取消例程函数。

1. 什么是线程取消例程函数？

当线程收到取消请求时，先不要马上响应取消请求，而是要执行一个线程的例程函数，执行完这个函数之后再响应取消。

一般而言，线程例程函数里面写一些释放公共资源的内容，例如：互斥锁，条件变量..

2. 为什么要使用线程取消例程函数？

为了防止线程带着一些系统公共资源一起被取消掉，如果带着资源而退出，则其他的线程就无法再次使用该资源。

3. 如何实现？

1）只需要在线程内部调用压栈函数。 -> pthread_cleanup_push() -> man 3 pthread_cleanup_push

功能： push thread cancellation clean-up handlers

使用格式：

#include <pthread.h>

void pthread_cleanup_push(void (*routine)(void *),void *arg);

routine：线程取消例程函数 -> 以后收到取消请求，就会先执行该函数！

arg：传递给线程取消例程函数的参数

返回值：无

回顾学习过的例程函数：

信号处理函数： void fun(int sig)

线程例程函数： void *fun(void *arg)

线程取消例程函数： void fun(void *arg)

2）将取消的例程函数弹栈

功能： pop thread cancellation clean-up handlers

使用格式：

#include <pthread.h>

void pthread_cleanup_pop(int execute);

execute： 0 -> 在删除时，不执行该函数，直接删除。

非0 -> 在删除时，先执行一次该函数，再删除。

返回值：无

例子：

pthread_cleanup_push(fun);

...

.. <- 取消请求执行fun

. <- pthread_exit() 执行fun

... <- return 不执行fun

pthread_cleanup_pop(非0); -> 执行fun

例题：子线程收到主线程的取消时，不要马上取消，而是先打印"I recv cancel!",再取消。

#include "head.h"

void myfun(void *arg)

{

printf("I recv cancel!\n");

}

void *routine(void *arg)

{

pthread_cleanup_push(myfun,NULL); //只要将来我收到取消的请求，就会先执行myfun。

/* 线程持续10秒，在此期间，必定会收到取消请求。 */

int i;

for(i=0;i<10;i++) //在10秒收到取消请求，会执行fun()

{

printf("thread i = %d\n",i);

sleep(1);

}

//pthread_exit(NULL); // -> 还没有来得及删除例程就因为pthread_exit而退出，则执行例程函数。

//return; -> 还没有来得及删除例程就因为return而退出,则不会执行例程函数

//sleep(3);

printf("helloworld!\n");

pthread_cleanup_pop(1); //非0 -> 会执行

//0 -> 不会执行

}

int main(int argc,char *argv[])

{

pthread_t tid;

pthread_create(&tid,NULL,routine,NULL);

//sleep(3);

//pthread_cancel(tid);

//printf("I send cancel to thread!\n");

pthread_join(tid,NULL);

return 0;

}

四. 线程同步互斥的方式。

1. 什么是同步互斥？为什么要处理同步互斥？

同步互斥就是使得线程处理任务时有先后顺序，为了解决线程抢占资源问题。

2. 处理同步互斥方式有哪些？

信号量 -> 进程

有名信号量 -> 进程

无名信号量 -> 线程

3. 有名信号量

1）创建并打开一个有名信号量？ -> sem_open() -> man 3 sem_open

功能： initialize and open a named semaphore

使用格式：

#include <fcntl.h>

#include <sys/stat.h>

#include <semaphore.h>

sem_t *sem_open(const char *name, int oflag, mode_t mode, unsigned int value);

name：有名信号量的名字，要求必须以"/"开头，例如： /sem_test

oflag：O_CREAT -> 不存在则创建

O_EXCL -> 存在则报错

mode：有名信号量的八进制权限，例如： 0777

value：有名信号量的起始值

返回值：

成功：有名信号量的地址

失败：SEM_FAILED -1

2）有名信号量P/V操作

P操作： sem_wait() 资源数-1操作 -> man 3 sem_wait

使用格式：

#include <semaphore.h>

int sem_wait(sem_t *sem);

sem：有名信号量的地址

返回值：

成功：0

失败：-1

V操作： sem_post() 资源数+1操作 -> man 3 sem_post

使用格式：

#include <semaphore.h>

int sem_post(sem_t *sem);

sem：有名信号量的地址

返回值：

成功：0

失败：-1

3）关闭有名信号量。 -> sem_close() -> man 3 sem_close

功能：close a named semaphore

使用格式：

#include <semaphore.h>

int sem_close(sem_t *sem);

sem：有名信号量的地址

返回值：

成功：0

失败：-1

4）删除有名信号量。 -> sem_unlink() -> man 3 sem_unlink

功能：remove a named semaphore

使用格式：

#include <semaphore.h>

int sem_unlink(const char *name);

name：有名信号量的名字

返回值：

成功：0

失败：-1

练习3：实现Jack进程与Rose进程使用共享内存来通信，要求使用有名信号量来处理同步互斥！

Jack进程：

#include "head.h"

int main()

{

//1. 申请key值

key_t key = ftok(".",10);

//2. 根据key值申请共享内存ID号

int shmid = shmget(key,2048,IPC_CREAT|0666);

//3. 根据ID号申请共享内存的起始地址

char *p = (char *)shmat(shmid,NULL,0);

//4. 往共享内存中写入数据

bzero(p,2048);

//5. 创建并打开一个有名信号量

sem_t *sem = NULL;

sem = sem_open("/sem_test",O_CREAT,0777,0); //说明当前有名信号量的资源数为0

while(1)

{

//想开车进去

fgets(p,2048,stdin);

//资源数+1

sem_post(sem);

if(strncmp(p,"quit",4) == 0)

{

break;

}

return 0;

}

Rose进程：

#include "head.h"

int main()

{

//1. 申请key值

key_t key = ftok(".",10);

//2. 根据key值申请共享内存ID号

int shmid = shmget(key,2048,IPC_CREAT|0666);

//3. 根据ID号申请共享内存的起始地址

char *p = (char *)shmat(shmid,NULL,0);

//4. 创建并打开一个有名信号量

sem_t *sem = NULL;

sem = sem_open("/sem_test",O_CREAT,0777,0); //说明当前有名信号量的资源数为0

//5. 不断读取共享内存的数据

while(1)

{

//当前资源数能-1不？

//能 -> 返回不能 -> 阻塞

sem_wait(sem);

//想开车走

printf("from shm:%s",p);

if(strncmp(p,"quit",4) == 0)

{

break;

}

sem_close(sem);

sem_unlink("/sem_test");

shmdt(p);

shmctl(shmid,IPC_RMID,NULL);

return 0;

}

4. 无名信号量 -> 既可以作用于进程，也可以作用于线程！

1）由于无名信号量没有名字的，所以说不能打开，只能初始化。 -> sem_init() -> man 3 sem_init

功能： initialize an unnamed semaphore -> 初始化未命名的信号量

使用格式：

#include <semaphore.h>

int sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);

sem：无名信号量的地址

pshared： 0 -> 作用于线程之间 -> 一般都是这个！

非0 -> 作用于进程之间

value：无名信号量的起始值

返回值：

成功：0

失败：-1

2）无名信号量P/V操作

P操作： sem_wait() 资源数-1操作 -> man 3 sem_wait

使用格式：

#include <semaphore.h>

int sem_wait(sem_t *sem);

sem：无名信号量的地址

返回值：

成功：0

失败：-1

V操作： sem_post() 资源数+1操作 -> man 3 sem_post

使用格式：

#include <semaphore.h>

int sem_post(sem_t *sem);

sem：无名信号量的地址

返回值：

成功：0

失败：-1

3）销毁无名信号量 -> sem_destroy() -> man 3 sem_destroy

功能：destroy an unnamed semaphore

使用格式：

#include <semaphore.h>

int sem_destroy(sem_t *sem);

sem：无名信号量的地址

返回值：

成功：0

失败：-1

练习4：创建5个线程，每一个线程任务都是一样。

任务：将“helloworld”字符串每隔1S就打印一个字符 -> 完成任务：10秒

要求5个子线程依次打印helloworld，不要同时打印。

正确： helloworldhelloworldhelloworldhelloworldhelloworld

错误： hhhhheeeeellllllllllooooowwwwwooooorrrrrlllllddddd

2019年8月8日星期四（系统编程）

2019年8月8日星期四

一. linux系统编程学习大纲

1. 进程的概念，进程诞生与死亡，进程函数接口，进程的意义。

2. 进程之间通信方式：有名管道，无名管道，信号，消息队列，共享内存，信号量

3. linux进程的信号集，设置信号的阻塞状态。

4. 线程的概念，线程与进程的区别？线程诞生与死亡，函数接口。

5. 线程的同步互斥方式，有名信号量，无名信号量，互斥锁，读写锁，条件变量

6. 线程池 -> 为了同时处理多个任务。

二. 进程的概念？

1. 什么是程序？什么是进程？

程序就是一堆待执行的代码。 -> 静态的文本数据。例如： project.c（C语言程序） / project（可执行程序）。

进程就是当程序被CPU加载，根据每一行代码做出相应的效果，才能形成一个动态的过程，这个过程就称之为进程。

2. 在linux下，如何开启一个新的进程？

直接在linux下执行程序即可。

例如： ./project -> 开启一个新的进程！

3. 当进程开启，系统会为进程分配什么资源？

1）会分配进程对应内存空间。

2）任务结构体 -> struct task_struct -> 在linux下，任何进程就像一个任务。

结构体在哪里？

Ubuntu: /usr/src/linux-headers-3.5.0-23/include/linux/sched.h

struct task_struct {

volatile long state; /* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped */ -> 进程运行状态。

void *stack;

....

struct uprobe_task *utask;

int uprobe_srcu_id;

#endif

};

三. 关于查看进程信息的linux命令。

1）查看整个linux系统的ID号 -> ps -ef(静态)

gec@ubuntu:~$ ps -ef

用户名 PID PPID 创建时间持续时间进程名字

root 1 0 0 16:37 ? 00:00:00 /sbin/init -> 祖先进程

gec 2272 1 0 16:37 ? 00:00:01 gnome-terminal -> linux终端

gec 2278 2272 0 16:37 pts/1 00:00:00 bash -> linux终端的子进程，叫bash进程

gec 2720 2278 0 18:54 pts/1 00:00:00 ps -ef -> bash进程的子进程，shell命令

2）查看进程CPU使用率 -> top(动态)

gec@ubuntu:~$ top

Tasks: 150 total -> 当前系统有150个进程

2 running -> 2个在运行态

148 sleeping -> 148个睡眠态

0 stopped -> 0个暂停态

0 zombie -> 0个僵尸态

PID USER PR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME+ COMMAND

1049 root 20 0 96160 26m 6700 S 5.3 2.6 0:18.50 Xorg

S -> state当前进程状态

%CPU -> 当前瞬间CPU占用率

%MEM -> 当前瞬间内存占用率

3）查看整个系统的关系图 -> pstree

gec@ubuntu:~$ pstree

init─┬─NetworkManager───{NetworkManager}

├─accounts-daemon───{accounts-daemon}

├─acpid

├─gnome-terminal─┬─bash───pstree

四. 进程的诞生与死亡。

1.进程有什么状态？

进程生老病死就是从进程开启到进程结束经历所有状态。

就绪态：不占用CPU资源，不运行代码。

运行态：占用CPU资源，运行代码。

暂停态：占用CPU资源，不运行代码，可以切换到就绪态/运行态

睡眠态：占用CPU资源，运行代码，可以切换到就绪态/运行态

僵尸态：占用CPU资源，不运行代码，不可以切换到就绪态/运行态

死亡态：不占用CPU资源，不运行代码。

2. 什么是占用CPU资源？

就是进程自身的资源(任务结构体)没有释放。

3. 什么是僵尸态？

进程结束时，一定会切换到僵尸态。所谓僵尸态，就是本进程已经结束，但是自身的资源还没有释放掉。

详细见："进程的生老病死.jpg"

4. 需要注意的地方：

1）进程在暂停态时，如果收到继续的信号，是切换到就绪态，而不是运行态。

2）进程退出时，一定会变成僵尸态。

3）进程不可以没有父进程，也不能同时拥有两个父进程。

4）孤儿进程特点：当自己的父进程退出后，会马上寻找继父，而不是等到变成僵尸再找。

5）init祖先进程特点：一定会帮所有的孤儿回收资源。

五. 进程的函数接口？

单进程程序 -> 只能一行一行代码去执行。

创建子进程意义：同时处理多个任务。

1. 在进程内部创建一个新的子进程？ -> fork() -> man 2 fork

功能： fork - create a child process -> 创建子进程

使用格式：

#include <unistd.h>

pid_t fork(void);

参数：无

返回值： pid_t -> 进程PID号数据类型 %d

成功：

父进程 -> 子进程的PID号 >0

子进程 -> 0

失败：

父进程 -> -1

没有创建出子进程。

例题：在进程内部创建一个新的子进程，看看会不会同时处理两件事情。

#include <unistd.h>

#include <stdio.h>

int main(int argc,char *argv[])

{

/* 现在只有一个进程，就是父进程 */

printf("hello\n");

printf("world\n");

fork();

/* 到这里为止，就有两个进程 */

printf("appletree\n");

return 0;

}

结果1：父进程先运行，子进程后执行。

gec@ubuntu:/mnt/hgfs/GZ1934/09 系统编程/01/code$ ./fork_test

hello

world

appletree -> 父进程打印

gec@ubuntu:/mnt/hgfs/GZ1934/09 系统编程/01/code$ appletree -> 子进程打印

结果2：子进程先运行，父进程后执行。

gec@ubuntu:/mnt/hgfs/GZ1934/09 系统编程/01/code$ ./fork_test

hello

world

appletree -> 子进程打印

appletree -> 父进程打印

gec@ubuntu:/mnt/hgfs/GZ1934/09 系统编程/01/code$

结论：

1）父子进程谁先运行，是随机的。

2）fork()后的代码，两个进程都会执行。

练习1：写一个程序，使得子进程先打印apple，父进程再打印hello。

#include <unistd.h>

#include <stdio.h>

int main()

{

/* 父进程 */

pid_t x;

x = fork();

/* 父进程 */ /* 子进程 */

//返回值情况： x > 0 x = 0

if(x > 0) //父进程

{

usleep(5000);

printf("hello!\n");

}

if(x == 0) //子进程

{

printf("apple!\n");

}

return 0;

}

2. 查看自身的ID号以及查看父进程的ID号

getpid() getppid() -> man 2 getpid

功能： getpid, getppid - get process identification -> 获取进程的PID号

使用格式：

#include <sys/types.h>

#include <unistd.h>

pid_t getpid(void);

pid_t getppid(void);

参数：无

返回值：

getpid()

成功：当前进程的ID号

失败：不存在的！

getppid()

成功：当前进程的PID号

失败：不存在的！

练习2：在子进程中打印自己与父进程的ID号，在父进程中打印自己与子进程的ID，通过ps -ef命令查看ID是否一致！

#include <stdio.h>

#include <sys/types.h>

#include <unistd.h>

int main()

{

pid_t x;

x = fork();

if(x > 0) //父

{

usleep(10000);

printf("parent pid = %d\n",getpid());

printf("child pid = %d\n",x);

}

if(x == 0) //子

{

printf("child pid = %d\n",getpid());

printf("parent pid = %d\n",getppid());

}

return 0;

}

练习3：验证孤儿进程会马上寻找继父，而不是等到孤儿进程结束才找。

#include <stdio.h>

#include <sys/types.h>

#include <unistd.h>

int main(int argc,char *argv[])

{

pid_t x;

x = fork();

if(x > 0)

{

sleep(2);

}

if(x == 0)

{

printf("parent pid = %d\n",getppid());

sleep(3);

printf("parent pid = %d\n",getppid());

printf("helloworld!\n");

sleep(1);

printf("appletree!\n");

}

return 0;

}

六. 如何解决僵尸问题？

1. 父进程主动回收子进程的资源。 -> wait() -> man 2 wait

功能： wait for process to change state

使用格式：

#include <sys/types.h>

#include <sys/wait.h>

pid_t wait(int *status);

status：储存子进程退出状态的指针。

填NULL，代表父进程不关心子进程的退出状态。

不填NULL，代表父进程想知道子进程的退出状态。

返回值：

成功：退出的子进程的ID号

失败： -1

练习4：验证wait()可以帮子进程回收资源。

#include <stdio.h>

#include <sys/types.h>

#include <unistd.h>

#include <sys/wait.h>

int main()

{

pid_t x;

x = fork();

if(x > 0)

{

sleep(10); //有1个僵尸

wait(NULL); //僵尸态 -> 死亡态

sleep(8); //有0个僵尸

}

if(x == 0)

{

printf("hello!\n"); //运行态 -> 僵尸态

}

return 0;

}

2. 父进程还在，但是不主动调用wait()去回收资源。

举例子。

#include <stdio.h>

#include <sys/types.h>

#include <unistd.h>

int main()

{

pid_t x;

x = fork();

if(x == 0)

{

printf("parent pid = %d\n",getppid());

printf("child helloworld!\n");

//printf("parent pid = %d\n",getppid());

} //子进程：运行态 -> 僵尸态

if(x > 0)

{

sleep(15); //1个僵尸态

printf("parent helloworld!\n");

sleep(3);

printf("parent exit!\n"); //子进程就会寻找继父，帮自己回收资源。

}

return 0;

}

3. 父进程比子进程先退出，子进程就会马上寻找继父，等待自身变成僵尸态时，就会让继父帮自己收尸！

举例子。

#include <stdio.h>

#include <sys/types.h>

#include <unistd.h>

int main(int argc,char *argv[])

{

pid_t x;

x = fork();

if(x > 0)

{

sleep(2);

}

if(x == 0)

{

printf("parent pid = %d\n",getppid());

sleep(3);

printf("parent pid = %d\n",getppid());

printf("helloworld!\n");

sleep(10); -> 在这10秒内，子进程继父就是祖先进程。

printf("appletree!\n");

-> 子进程结束，让继父帮子进程回收资源。

}

return 0;

}

七. 进程的退出

exit() -> 查询： man 3 exit

exit()函数特点：清洗缓冲区的数据，再退出！

使用格式：

#include <stdlib.h>

void exit(int status);

status：退出的状态

0 -> 正常退出

非0 -> 异常退出

返回值：无。

_exit() -> 查询： man 2 _exit

_Exit() -> 查询： man 2 _Exit

_exit()与_Exit是一样的，特点就是不清洗缓冲区数据，直接退出！

#include <unistd.h>

void _exit(int status);

#include <stdlib.h>

void _Exit(int status);

status：退出的状态

0 -> 正常退出

非0 -> 异常退出

返回值：无。

1. 缓冲区问题。

#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

int main()

{

printf("hello");

exit(0); //输出hello,再退出！

_exit(0); //不输出hello，直接退出！

printf("world"); //无论什么退出函数，都不会运行到这里。

return 0;

}

2. 进程退出状态。 -> 只要程序中调用exit()/_exit()，都一定会从运行态变成僵尸态。

#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

#include <sys/wait.h>

int main()

{

pid_t x;

int state;

x = fork();

if(x > 0)

{

wait(&state);

printf("state = %d\n",state);

}

if(x == 0)

{

sleep(5);

exit(0); //这个exit(0)只是说明子进程退出。

}

return 0;

}

3. exit()与return区别？

举例子。

void fun()

{

//return; -> 效果：就会打印hello

exit(0); -> 效果：不会打印hello

}

int main()

{

fun();

printf("hello!\n");

return 0;

}

结论：

return -> 只是代表函数的结束，返回到函数调用的地方。

exit() -> 代表整个进程的结束，无论当前执行到哪一行代码，只要遇到exit()，这个进程就会马上结束！

八. 从内存角度分析父子进程资源问题。

举例子。

#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

#include <sys/wait.h>

int main(int argc,char *argv[])

{

int a = 100;

pid_t x;

x = fork();

if(x > 0)

{

//int a = 100;

sleep(1);

printf("parent a = %d\n",a); //100

}

if(x == 0)

{

a = 50;

printf("child a = %d\n",a); //50

}

return 0;

}

结论：

1）fork()之后，父进程会复制一份几乎与父进程一模一样的资源给子进程(PID号除外)

2）父子进程拥有独立的空间，在其中一个进程中修改数据，不会影响到另外一个进程的数据。

九. exec函数族接口。 -> man 3 execl

#include <unistd.h>

int execl(const char *path, const char *arg, ...);

path: 需要执行的那个程序的名字，例如： /home/gec/project

arg：需要运行时传递的参数，例如： "project","aaa",NULL

返回值：

成功：非-1

失败： -1

例子：产生一个子进程，让子进程执行"ls -l"这个程序。

#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

#include <sys/wait.h>

int main(int argc,char *argv[])

{

pid_t x;

x = fork();

if(x > 0)

{

sleep(2);

printf("I am parent!\n");

}

if(x == 0)

{

printf("apple tree!\n");

execl("/bin/ls","ls","-l",NULL);

printf("helloworld!\n"); -> exec函数族替换掉一个程序，子进程之后的代码都不会执行。

}

return 0;

}

补充：在GEC6818平台播放mp3歌曲命令

[root@GEC6818 /]#madplay jay.mp3

Title: ····

Artist: ···

Album: ········

今天关于linux 系统编程 -- 信号和linux信号量编程的介绍到此结束，谢谢您的阅读，有关15、【Linux 系统编程】memcpy 函数、2019 年 8 月 12 日星期一（系统编程）、2019年8月14日星期三（系统编程）线程属性线程取消线程的取消例程函数线程同步互斥的方式、2019年8月8日星期四（系统编程）等更多相关知识的信息可以在本站进行查询。

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linux 系统编程 -- 信号（linux信号量编程）