Linux系统编程--信号与管道

1、信号与管道是什么？

首先了解信号与管道的意义，我们需要了解Linux系统中进程之间是如何通信的。Linux操作系统下，以进程为单位来分配或者管理资源，进程之间不能直接访问资源，因此，要求进程间的资源和信息共享就意味着进程之间能够相互通信。这就是通信机制：信号、管道。

2、进程通信的目的？

数据传输、共享数据、通知事件、资源共享、进程控制。

3、何为通信机制？

了解该机制需要明白进程是如何来互相通信的，Linux支持多种进程间的通信，IPC机制，包括共享内存、消息队列、信号量、网络通信。

好了，介绍完这些需要了解的知识后进入正题！

一、信号

信号是一种异步的通知机制，用于在软件层面模拟中断机制。当一个进程收到信号时，其行为类似于处理器接收到一个中断请求，信号属于一种软中断方式。

操作：

1.查看信号：kill -l

不可靠信号：1-31

可靠信号：34-64

9 号（SIGKILL），19 号（SIGSTOP）不允许被忽略，也不允许被改造

杀死进程：Ctrl + C [ (2)、SIGINT ]

Ctrl + \ [ (3)、SIGQUIT ]

KILL [ (9)、SIGKILL ] kill-sig pid sig信号

内核：当我们的程序出现一些错误的时候，例如段错误等，内核会给我们的进程发送杀死当前进程的信号。

程序：通过函数发送信号：kill

2、给进程发送信号：kill

#include <sys/types.h>
#include <signal.h>
int kill(pid_t pid, int sig);

形参：

pid -- 你要给哪一个进程发送信号

sig -- 信号（可以写编号，也可以写后面的宏定义）

返回值：

成功返回 0，失败返回-1

特殊信号：

        9 -- SIGKILL -- 杀死进程，不可以被忽略或者改造；

14 -- SIGALRM -- 闹钟信号，杀死进程

        17 -- SIGCHLD -- 只要子进程状态发生改变，父进程就能接收到该信号

        18 -- SIGCONT -- 恢复被 19 号信号暂停的进程

        19 -- SIGSTOP -- 暂停进程

3、给自己发送信号：raise

#include <signal.h>
int raise(int sig);

形参：

sig -- 信号

等价于：

kill(getpid(),sig);

4、计时杀死进程：alarm

#include <unistd.h>
unsigned int alarm(unsigned int seconds);

形参：

seconds 秒数

功能：

设置闹钟，闹钟事件到，产生闹钟信号，闹钟信号默认杀死当前进程；

如果在该 alarm 之前，已经设置过闹钟，此时闹钟会给更新

返回值：

如果上一次设置的有闹钟，返回上一个闹钟的剩余时间，否则返回 0；

5、产生信号再接触阻塞状态：pause

#include <unistd.h>
int pause(void);

只要运行，就阻塞，直到有一个信号产生，才会解除阻塞

6、信号处理函数：signal

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

形参：

signum -- 要处理的信号

handler -- SIG_DFL -- 默认处理

-- SIG_IGN -- 忽略处理

-- 函数指针 -- 捕获到该信号，执行函数指针对应的函数

具体用法：

signal(2,SIG_DFL)；默认处理

signal(2,SIG_IGN)；忽略处理

signel(信号,Fun);

捕获到信号，执行 Fun 函数

7、注册退出清理函数:atexit

#include <stdlib.h>
int atexit(void (*function)(void))；
//形参：函数指针
void Clean(void)
{
printf(“%s 被运行\n”,__FUNCTION__);
}
int main()
{
atexit(Clean);//注册退出清理函数，在 main 函数退出的时候，直到自动运行 Clean 函数
}

二、管道

管道（Pipe）是一种常见的进程间通信（IPC）机制，它允许两个进程通过一个半双工的通道进行数据传输。它作为两个进程之间的数据传输媒介。管道的一端连接一个写进程，另一端连接一个读进程

创建和使用：

创建匿名管道通常使用pipe()系统调用。
使用fork()创建子进程后，父进程写入管道，子进程从管道中读取数据。
写入管道通常使用write()系统调用，而读取管道通常使用read()系统调用。

管道的特点：

属于半双工通信；

管道正常的情况下，管道中没有内容， read 会阻塞；写端关闭

管道文件和普通的文件的区别：

管道的内容，一旦读走，就没有了

管道文件不允许使用 lseek 等光标偏移的函数

管道一定遵循先进先出的原则

管道有大小：

64k 64 * 1024 = 65536 字节

1、无名管道

适用于父子进程之间的通信；

没有名字的管道，没有 真正的介质文件存在 ，仅仅以 文件描述符 的形式可以让我们操作；

创建：pipe

#include <unistd.h>
int pipe(int pipefd[2]);

形参：

pipefd -- 整型数组，2 个元素

pipe fd[0] ：存放的管道的读端的文件描述符

pipe fd[1] ：存放的管道的写端的文件描述符

返回值：

成功返回 0，失败返回-1；

用法:

int fd[2] = {0};

pipe(fd); fd[0] fd[1]

创建子进程，也得有管道

问题：先创建子进程还是先创建管道？

先创建管道，子进程复制父进程资源（包含管道），

2、有名管道（记忆）

适用于任意两个进程

1. 创建管道文件 .fifo

2. 打开管道文件 open

3. 读写 write read

4. 关闭 close

3、创建管道文件：mkfifo

#include <sys/stat.h>
#include<sys/types.h>
int mkfifo(const char * pathname,mode_t mode)

参数

pathname：要创建的 FIFO 文件的名字（路径+名字以.fifo 结尾）

mode：创建的 FIFO 文件的权限

真正的权限：mode &(~umask)

返回值

成功返回 0，失败(如果管道文件原本存在，直接返回失败)返回-1。

4、打开管道文件：open

int fd = open(char *pathname,int flag);

flag 只能在 O_RDONLY 和 O_WRONLY 中选择其一；

open 函数在打开管道文件的时候，必须两方都执行 open，open 才能打开，只有一个进程执行 open，open 会发生阻塞，直到另外的一个进程也运行到 open 的位置，两方同时解除阻塞

5、有名管道的删除：unlink

int unlink(const char * pathname)
#include <unistd.h>

参数

pathname：要删除的 FIFO 文件的名字（带路径）

返回值：

成功返回 0，失败返回-1。