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一、信號(hào)

1. 基本概念

信號(hào)是在軟件層次上對(duì)中斷機(jī)制的一種模擬，在原理上，一個(gè)進(jìn)程收到一個(gè)信號(hào)與處理器收到一個(gè)中斷請(qǐng)求可以說(shuō)是一樣的。信號(hào)是異步的，一個(gè)進(jìn)程不必通過(guò)任何操作來(lái)等待信號(hào)的到達(dá)，事實(shí)上，進(jìn)程也不知道信號(hào)到底什么時(shí)候到達(dá)。

例如鍵盤(pán)輸入中斷按鍵(^C)，它的發(fā)生在程序執(zhí)行過(guò)程中是不可預(yù)測(cè)的。

信號(hào)是進(jìn)程間通信機(jī)制中唯一的異步通信機(jī)制，可以看作是異步通知，通知接收信號(hào)的進(jìn)程有哪些事情發(fā)生了。

硬件異常也能產(chǎn)生信號(hào)，例如被零除、無(wú)效內(nèi)存引用(test里產(chǎn)生的就是這種錯(cuò)誤)等。這些條件通常先由內(nèi)核硬件檢測(cè)到，然后通知內(nèi)核。內(nèi)核將決定產(chǎn)生什么樣的信號(hào)。

同一個(gè)信號(hào)的額外發(fā)生通常不會(huì)被排隊(duì)。如果信號(hào)在被阻塞時(shí)發(fā)生了5次，當(dāng)我們反阻塞這個(gè)信號(hào)時(shí)，這個(gè)信號(hào)的信號(hào)處理函數(shù)通常只被調(diào)用一次。

同一時(shí)刻只能處理一個(gè)信號(hào)，在信號(hào)處理函數(shù)發(fā)信號(hào)給自己時(shí)，該信號(hào)會(huì)被pending。

信號(hào)的數(shù)值越小，則優(yōu)先級(jí)越高。當(dāng)進(jìn)程收到多個(gè)待處理信號(hào)時(shí)，總是先處理優(yōu)先級(jí)別高的信號(hào)。

信號(hào)處理函數(shù)的?？梢允褂帽恢袛嗟囊部梢允褂锚?dú)立的，具體可以通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用設(shè)置。

信號(hào)機(jī)制經(jīng)過(guò)POSIX實(shí)時(shí)擴(kuò)展后，功能更加強(qiáng)大，除了基本通知功能外，還可以傳遞附加信息。

2. 處理方式

忽略：接收到信號(hào)后不做任何反應(yīng)。捕獲：用自定義的信號(hào)處理函數(shù)來(lái)執(zhí)行特定的動(dòng)作。默認(rèn)：接收到信號(hào)后按系統(tǒng)默認(rèn)的行為處理該信號(hào)。這是多數(shù)應(yīng)用采取的處理方式。

二、Linux下的信號(hào)類型

使用kill -l就會(huì)顯示出linux支持的信號(hào)列表。

其中列表中，編號(hào)為1 ~ 31的信號(hào)為傳統(tǒng)UNIX支持的信號(hào)，是不可靠信號(hào)(非實(shí)時(shí)的)，編號(hào)為32 ~ 63的信號(hào)是后來(lái)擴(kuò)充的，稱做可靠信號(hào)(實(shí)時(shí)信號(hào))。不可靠信號(hào)和可靠信號(hào)的區(qū)別在于前者不支持排隊(duì)，可能會(huì)造成信號(hào)丟失，而后者不會(huì)。

下面我們對(duì)編號(hào)小于SIGRTMIN的信號(hào)進(jìn)行討論(下面的編號(hào) 依次對(duì)應(yīng)信號(hào) 的數(shù)值為1 - 31)。

1) SIGHUP

本信號(hào)在用戶終端連接(正?；蚍钦?結(jié)束時(shí)發(fā)出, 通常是在終端的控制進(jìn)程結(jié)束時(shí), 通知同一session內(nèi)的各個(gè)作業(yè), 這時(shí)它們與控制終端不再關(guān)聯(lián)。

登錄Linux時(shí)，系統(tǒng)會(huì)分配給登錄用戶一個(gè)終端(Session)。在這個(gè)終端運(yùn)行的所有程序，包括前臺(tái)進(jìn)程組和后臺(tái)進(jìn)程組，一般都 屬于這個(gè) Session。當(dāng)用戶退出Linux登錄時(shí)，前臺(tái)進(jìn)程組和后臺(tái)有對(duì)終端輸出的進(jìn)程將會(huì)收到SIGHUP信號(hào)。這個(gè)信號(hào)的默認(rèn)操作為終止進(jìn)程，因此前臺(tái)進(jìn) 程組和后臺(tái)有終端輸出的進(jìn)程就會(huì)中止。不過(guò)可以捕獲這個(gè)信號(hào)，比如wget能捕獲SIGHUP信號(hào)，并忽略它，這樣就算退出了Linux登錄，wget也 能繼續(xù)下載。

此外，對(duì)于與終端脫離關(guān)系的守護(hù)進(jìn)程，這個(gè)信號(hào)用于通知它重新讀取配置文件。

2) SIGINT

程序終止(interrupt)信號(hào), 在用戶鍵入INTR字符(通常是Ctrl-C)時(shí)發(fā)出，用于通知前臺(tái)進(jìn)程組終止進(jìn)程。

3) SIGQUIT

和SIGINT類似, 但由QUIT字符(通常是Ctrl-)來(lái)控制. 進(jìn)程在因收到SIGQUIT退出時(shí)會(huì)產(chǎn)生core文件, 在這個(gè)意義上類似于一個(gè)程序錯(cuò)誤信號(hào)。

4) SIGILL

執(zhí)行了非法指令. 通常是因?yàn)榭蓤?zhí)行文件本身出現(xiàn)錯(cuò)誤, 或者試圖執(zhí)行數(shù)據(jù)段. 堆棧溢出時(shí)也有可能產(chǎn)生這個(gè)信號(hào)。

5) SIGTRAP

由斷點(diǎn)指令或其它trap指令產(chǎn)生. 由debugger使用。

6) SIGABRT

調(diào)用abort函數(shù)生成的信號(hào)。

7) SIGBUS

非法地址, 包括內(nèi)存地址對(duì)齊(alignment)出錯(cuò)。比如訪問(wèn)一個(gè)四個(gè)字長(zhǎng)的整數(shù), 但其地址不是4的倍數(shù)。它與SIGSEGV的區(qū)別在于后者是由于對(duì)合法存儲(chǔ)地址的非法訪問(wèn)觸發(fā)的(如訪問(wèn)不屬于自己存儲(chǔ)空間或只讀存儲(chǔ)空間)。

8) SIGFPE

在發(fā)生致命的算術(shù)運(yùn)算錯(cuò)誤時(shí)發(fā)出. 不僅包括浮點(diǎn)運(yùn)算錯(cuò)誤, 還包括溢出及除數(shù)為0等其它所有的算術(shù)的錯(cuò)誤。

9) SIGKILL

用來(lái)立即結(jié)束程序的運(yùn)行. 本信號(hào)不能被阻塞、處理和忽略。如果管理員發(fā)現(xiàn)某個(gè)進(jìn)程終止不了，可嘗試發(fā)送這個(gè)信號(hào)。

10) SIGUSR1

留給用戶使用

11) SIGSEGV

試圖訪問(wèn)未分配給自己的內(nèi)存, 或試圖往沒(méi)有寫(xiě)權(quán)限的內(nèi)存地址寫(xiě)數(shù)據(jù).

信號(hào) 11，即表示程序中可能存在特定條件下的非法內(nèi)存訪問(wèn)。

12) SIGUSR2

留給用戶使用

13) SIGPIPE

管道破裂。這個(gè)信號(hào)通常在進(jìn)程間通信產(chǎn)生，比如采用FIFO(管道)通信的兩個(gè)進(jìn)程，讀管道沒(méi)打開(kāi)或者意外終止就往管道寫(xiě)，寫(xiě)進(jìn)程會(huì)收到SIGPIPE信號(hào)。此外用Socket通信的兩個(gè)進(jìn)程，寫(xiě)進(jìn)程在寫(xiě)Socket的時(shí)候，讀進(jìn)程已經(jīng)終止。

14) SIGALRM

時(shí)鐘定時(shí)信號(hào), 計(jì)算的是實(shí)際的時(shí)間或時(shí)鐘時(shí)間. alarm函數(shù)使用該信號(hào).

15) SIGTERM

程序結(jié)束(terminate)信號(hào), 與SIGKILL不同的是該信號(hào)可以被阻塞和處理。通常用來(lái)要求程序自己正常退出，shell命令kill缺省產(chǎn)生這個(gè)信號(hào)。如果進(jìn)程終止不了，我們才會(huì)嘗試SIGKILL。

17) SIGCHLD

子進(jìn)程結(jié)束時(shí), 父進(jìn)程會(huì)收到這個(gè)信號(hào)。

如果父進(jìn)程沒(méi)有處理這個(gè)信號(hào)，也沒(méi)有等待(wait)子進(jìn)程，子進(jìn)程雖然終止，但是還會(huì)在內(nèi)核進(jìn)程表中占有表項(xiàng)，這時(shí)的子進(jìn)程稱為僵尸 進(jìn)程。這種情 況我們應(yīng)該避免(父進(jìn)程或者忽略SIGCHILD信號(hào)，或者捕捉它，或者wait它派生的子進(jìn)程，或者父進(jìn)程先終止，這時(shí)子進(jìn)程的終止自動(dòng)由init進(jìn)程 來(lái)接管)。

18) SIGCONT

讓一個(gè)停止(stopped)的進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行. 本信號(hào)不能被阻塞. 可以用一個(gè)handler來(lái)讓程序在由stopped狀態(tài)變?yōu)槔^續(xù)執(zhí)行時(shí)完成特定的工作. 例如, 重新顯示提示符

19) SIGSTOP

停止(stopped)進(jìn)程的執(zhí)行. 注意它和terminate以及interrupt的區(qū)別:該進(jìn)程還未結(jié)束, 只是暫停執(zhí)行. 本信號(hào)不能被阻塞, 處理或忽略.

20) SIGTSTP

停止進(jìn)程的運(yùn)行, 但該信號(hào)可以被處理和忽略. 用戶鍵入SUSP字符時(shí)(通常是Ctrl-Z)發(fā)出這個(gè)信號(hào)

21) SIGTTIN

當(dāng)后臺(tái)作業(yè)要從用戶終端讀數(shù)據(jù)時(shí), 該作業(yè)中的所有進(jìn)程會(huì)收到SIGTTIN信號(hào). 缺省時(shí)這些進(jìn)程會(huì)停止執(zhí)行.

22) SIGTTOU

類似于SIGTTIN, 但在寫(xiě)終端(或修改終端模式)時(shí)收到.

23) SIGURG

有"緊急"數(shù)據(jù)或out-of-band數(shù)據(jù)到達(dá)socket時(shí)產(chǎn)生.

24) SIGXCPU

超過(guò)CPU時(shí)間資源限制. 這個(gè)限制可以由getrlimit/setrlimit來(lái)讀取/改變。

25) SIGXFSZ

當(dāng)進(jìn)程企圖擴(kuò)大文件以至于超過(guò)文件大小資源限制。

26) SIGVTALRM

虛擬時(shí)鐘信號(hào). 類似于SIGALRM, 但是計(jì)算的是該進(jìn)程占用的CPU時(shí)間.

27) SIGPROF

類似于SIGALRM/SIGVTALRM, 但包括該進(jìn)程用的CPU時(shí)間以及系統(tǒng)調(diào)用的時(shí)間.

28) SIGWINCH

窗口大小改變時(shí)發(fā)出.

29) SIGIO

文件描述符準(zhǔn)備就緒, 可以開(kāi)始進(jìn)行輸入/輸出操作.

30) SIGPWR

Power failure

31) SIGSYS

非法的系統(tǒng)調(diào)用。

三、 信號(hào)行為說(shuō)明

不通的信號(hào)在不同的標(biāo)準(zhǔn)下，功能有所差別，下面列出主要的信號(hào)的默認(rèn)行為和說(shuō)明：

四、信號(hào)分類

在以上列出的信號(hào)中，程序不可捕獲、阻塞或忽略的信號(hào)有：

SIGKILL,SIGSTOP  

不能恢復(fù)至默認(rèn)動(dòng)作的信號(hào)有：

SIGILL,SIGTRAP  

默認(rèn)會(huì)導(dǎo)致進(jìn)程流產(chǎn)的信，有：

SIGABRT,SIGBUS,SIGFPE,SIGILL,SIGIOT,SIGQUIT,SIGSEGV,SIGTRAP,SIGXCPU,SIGXFSZ  

默認(rèn)會(huì)導(dǎo)致進(jìn)程退出的信號(hào)有：

SIGALRM,SIGHUP,SIGINT,SIGKILL,SIGPIPE,SIGPOLL,SIGPROF,SIGSYS,SIGTERM,SIGUSR1,SIGUSR2,SIGVTALRM  

默認(rèn)會(huì)導(dǎo)致進(jìn)程停止的信號(hào)有：

SIGSTOP,SIGTSTP,SIGTTIN,SIGTTOU  

默認(rèn)進(jìn)程忽略的信號(hào)有：

SIGCHLD,SIGPWR,SIGURG,SIGWINCH 

此外，SIGIO在SVR4是退出，在4.3BSD中是忽略;

SIGCONT在進(jìn)程掛起時(shí)是繼續(xù)，否則是忽略，不能被阻塞

終止程序的時(shí)候在不得已的情況下不能用SIGKILL，因?yàn)镾IGKILL不會(huì)對(duì)子進(jìn)程進(jìn)行處理，只是把對(duì)自己進(jìn)行處理。

五、信號(hào)驅(qū)動(dòng)IO-SIGIO-29

下面我們主要講SIGIO-29的使用。

參考上圖：

• 時(shí)刻1 通過(guò)sigaction系統(tǒng)調(diào)用建立信號(hào)SIGIO的信號(hào)處理函數(shù)，該函數(shù)壺立即返回，注意，對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)必須支持方法.fastnc
• 時(shí)刻2 數(shù)據(jù)此時(shí)沒(méi)有準(zhǔn)備好，應(yīng)進(jìn)程會(huì)繼續(xù)執(zhí)行，而內(nèi)核會(huì)繼續(xù)等待數(shù)據(jù)，也就是說(shuō)等待數(shù)據(jù)階段應(yīng)用進(jìn)程是非阻塞的。
• 時(shí)刻3 內(nèi)核準(zhǔn)備好了數(shù)據(jù)，要向應(yīng)用進(jìn)程復(fù)制數(shù)據(jù)，通過(guò)函數(shù)kill_fasync()向應(yīng)用程序遞交SIGIO信號(hào)，二應(yīng)用程序的信號(hào)處理程序會(huì)被調(diào)用到，在該函數(shù)中我們可以通過(guò)read等系統(tǒng)調(diào)用從內(nèi)核賦值程序到進(jìn)程
• 時(shí)刻4 在賦值數(shù)據(jù)期間，進(jìn)程阻塞
• 時(shí)刻5 數(shù)據(jù)復(fù)制完成，會(huì)返回成功的指示，應(yīng)用程序可以繼續(xù)處理數(shù)據(jù)

信號(hào)驅(qū)動(dòng) I/O 的 CPU 利用率很高，因?yàn)樵趫D中，等待數(shù)據(jù)的那段時(shí)間2，應(yīng)用程序可以繼續(xù)執(zhí)行其他操作。

六、程序?qū)崿F(xiàn)

1. 信號(hào)注冊(cè)函數(shù)signal()

#include <signal.h> 
typedef void (*sighandler_t)(int); 
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler); 

功能：

給信號(hào)signum注冊(cè)處理函數(shù)，函數(shù)原型是void (*sighandler_t)(int) 
當(dāng)收到信號(hào)signum后，就會(huì)調(diào)用注冊(cè)的函數(shù) 

參數(shù):

int signum  信號(hào)值 
sighandler_t handler  信號(hào)處理函數(shù) 

2.內(nèi)核函數(shù)

void kill_fasync(struct fasync_struct **fp, int sig, int band) 

功能：

發(fā)送信號(hào)sig給進(jìn)程，通知進(jìn)程是可讀還是可寫(xiě)，由band給出

發(fā)送信號(hào)sig給進(jìn)程，通知進(jìn)程是可讀還是可寫(xiě)，由band給出 
POLLIN    ：可讀 
POLLOUT：可寫(xiě) 

通用字符設(shè)備的.fasync方法，一般都是固定的寫(xiě)法，我們暫時(shí)可以不用關(guān)心他的原理，會(huì)用即可，具體寫(xiě)法如下：

static ssize_t hello_write (struct file *filep, const char __user *buf, size_t size, loff_t *pos) 
{ 
 int error; 
………… 
 kill_fasync(&hello_fasync,SIGIO,POLLIN); 
 return size; 
} 
 
static struct file_operations hello_ops =  
{ 
………… 
 .fasync = hello_fasync_func, 
}; 

2. 源程序

驅(qū)動(dòng)程序：hello.c

/*   
 *公眾號(hào)：一口Linux 
 *2021.6.21 
 *version: 1.0.0 
*/ 
#include <linux/init.h> 
#include <linux/module.h> 
#include <linux/kdev_t.h> 
#include <linux/fs.h> 
#include <linux/cdev.h> 
#include <linux/uaccess.h> 
#include <linux/poll.h>  
#include<asm/signal.h> 
 
static int major = 237; 
static int minor = 0; 
static dev_t devno; 
static struct cdev cdev; 
struct device *class_dev = NULL; 
struct class *cls; 
 
struct fasync_struct *hello_fasync; 
 
static int hello_open (struct inode *inode, struct file *filep) 
{ 
 printk("hello_open()\n"); 
 return 0; 
} 
static int hello_release (struct inode *inode, struct file *filep) 
{ 
 printk("hello_release()\n"); 
 
 return 0; 
} 
 
#define KMAX_LEN 32 
char kbuf[KMAX_LEN+1] = "kernel"; 
 
 
//read(fd,buff,40); 
 
static ssize_t hello_read (struct file *filep, char __user *buf, size_t size, loff_t *pos) 
{ 
 int error; 
 
  
 if(size > strlen(kbuf)) 
 { 
  size = strlen(kbuf); 
 } 
 
 if(copy_to_user(buf,kbuf, size)) 
 { 
  error = -EFAULT; 
  return error; 
 } 
 
 return size; 
} 
//write(fd,buff,40); 
static ssize_t hello_write (struct file *filep, const char __user *buf, size_t size, loff_t *pos) 
{ 
 int error; 
 
 if(size > KMAX_LEN) 
 { 
  size = KMAX_LEN; 
 } 
 memset(kbuf,0,sizeof(kbuf)); 
 if(copy_from_user(kbuf, buf, size)) 
 { 
  error = -EFAULT; 
  return error; 
 } 
 printk("%s\n",kbuf); 
 kill_fasync(&hello_fasync,SIGIO,POLLIN); 
 return size; 
} 
 
int hello_fasync_func(int fd,struct file* filep,int on) 
{ 
 printk("led_fasync \n"); 
 return fasync_helper(fd,filep,on,&hello_fasync); 
} 
 
static struct file_operations hello_ops =  
{ 
 .open = hello_open, 
 .release = hello_release, 
 .read = hello_read, 
 .write = hello_write, 
 .fasync = hello_fasync_func, 
}; 
static int hello_init(void) 
{ 
 int result; 
 int error; 
  
 printk("hello_init \n"); 
 result = register_chrdev( major, "hello", &hello_ops); 
 if(result < 0) 
 { 
  printk("register_chrdev fail \n"); 
  return result; 
 } 
 cls = class_create(THIS_MODULE, "hellocls"); 
 if (IS_ERR(cls)) { 
  printk(KERN_ERR "class_create() failed for cls\n"); 
  result = PTR_ERR(cls); 
  goto out_err_1; 
 } 
 devno = MKDEV(major, minor); 
  
 class_dev = device_create(cls, NULL, devno, NULL, "hellodev"); 
 if (IS_ERR(class_dev)) { 
  result = PTR_ERR(class_dev); 
  goto out_err_2; 
 } 
  
 return 0; 
 
out_err_2: 
 class_destroy(cls); 
out_err_1: 
 unregister_chrdev(major,"hello"); 
 return  result; 
} 
static void hello_exit(void) 
{ 
 printk("hello_exit \n"); 
 device_destroy(cls, devno); 
 class_destroy(cls); 
 unregister_chrdev(major,"hello"); 
 return; 
} 
module_init(hello_init); 
module_exit(hello_exit); 
MODULE_LICENSE("GPL"); 
//proc/devices 

write.c

/*   
 *一口Linux 
 *2021.6.21 
 *version: 1.0.0 
*/ 
 
#include <stdio.h> 
#include <sys/types.h> 
#include <sys/stat.h> 
#include <fcntl.h> 
main() 
{ 
 int fd; 
 int len; 
 char buf[64]={0}; 
 char buf2[64+1]="peng"; 
  
  
 fd = open("/dev/hellodev",O_RDWR); 
 if(fd<0) 
 { 
  perror("open fail \n"); 
  return; 
 } 
 
  
 printf("before write\n"); 
 len = write(fd,buf2,strlen(buf2)); 
 printf("after write\n"); 
 
 printf("len = %d\n",len); 
  
   
 close(fd); 
} 

test.c

/*   
 *公眾號(hào)：一口Linux 
 *2021.6.21 
 *version: 1.0.0 
*/ 
#include <stdio.h> 
#include <sys/types.h> 
#include <sys/stat.h> 
#include <fcntl.h> 
#include<signal.h> 
 
char buff[64] = {0}; 
int fd; 
 
void func(int signo) 
{ 
 printf("signo= %d\n",signo); 
 read(fd,buff,sizeof(buff)); 
 printf("buff=%s\n",buff); 
 return ; 
} 
 
main() 
{ 
 int flage; 
 
 fd = open("/dev/hellodev",O_RDWR); 
 if(fd<0) 
 { 
  perror("open fail \n"); 
  return; 
 } 
 fcntl(fd,F_SETOWN,getpid()); 
 flage=fcntl(fd,F_GETFL); 
 fcntl(fd,F_SETFL,flage|FASYNC); 
    signal(SIGIO,func); 
 while(1);  
 close(fd); 
} 

3. 執(zhí)行結(jié)果

編譯

make 
gcc test.c -o run 
gcc write.c -o run 

執(zhí)行:

insmod hello.ko 

先開(kāi)啟一個(gè)終端 ，執(zhí)行

./run 

再開(kāi)啟一個(gè)終端 ，執(zhí)行

./w 

執(zhí)行結(jié)果如下：

可以看到，寫(xiě)入數(shù)據(jù)后，信號(hào)處理程序被調(diào)用到，并且打印出信號(hào)的值29，同時(shí)從驅(qū)動(dòng)力讀取出數(shù)據(jù)。

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