Unix程序與信号

程序是Unix系統程式設計的重要内容，多程序可以讓程式的功能更加強大。本文會先介紹一些關于程序的常識，然後介紹兩種建立程序的方法，以及兩種方法的差別，最後再講一下信号。

目錄

一、程序

1、程序和程式的關系

2、一些常識

3、關于父程序和子程序

4、建立子程序的兩種辦法

4.1 fork()

4.2 vfork() + execl()

4.3 waitpid()和wait()

5、程序的退出

5.1 正常退出

5.2 非正常退出

二、信号

1、什麼是信号？

2、常見的信号

3 信号處理

3.1 signal()/sigaction()

3.2 父子程序之間的信号處理

4 信号的發送方式

5、sleep()和usleep()

6、信号集和信号屏蔽

6.1 信号集

6.2 信号屏蔽

一、程序

1、程序和程式的關系

程式是硬碟的檔案，是代碼的編譯連結産物，運作起來的程式就是程序，程序是記憶體中運作的程式。

2、一些常識

·作業系統支援多程序的啟動，每個程序内部支援多線程。程序之間是完全獨立的。

·程序用程序ID做唯一辨別，叫PID，函數getpid()可以擷取目前程序的pid。程序用PID表示，PID是一個非負整數。PID可以延遲重用，是以，PID在同一

時刻保證唯一。幾個常用的函數：

getpid()  -取目前程序的PID

getppid() -取目前程序的父程序的PID

getuid()  -取目前使用者的ID

·檢視程序的方式：windows裡面用任務管理器檢視。Linux/Unix 用ps指令檢視程序。

ps 隻能顯示目前終端啟動的程序

ps -aux ：Linux 專用選項，Unix不直接支援

ps -ef  :Unix/Linux通用選項

ps 可以檢視程序的如下資訊：

程序PID、程序的啟動者（屬主）、CPU和記憶體使用率、狀态、父程序PID、啟動的程式是哪個。其中，程序的狀态主要包括：

S -休眠，程序大多數處于休眠狀态

s -說明程序有子程序（父程序）

R -正在運作的程序

Z -僵屍程序（已經結束但是資源沒有回收的程序）

·whereis 可以檢視指令在哪個目錄下。

3、關于父程序和子程序

作業系統中的多程序是有啟動順序的，Unix系統先啟動0程序，0程序再啟動程序1和程序2（有些系統隻啟動程序1），然後0程序就休眠，程序1和程序2啟動其他的程序，其他的程序再啟動其他的程序，直到所有的程序都啟動為止。如果程序a啟動了程序b，a叫b的父程序，b叫a的子程序。

4、建立子程序的兩種辦法

4.1 fork()

fork()建立子程序，通過複制父程序建立子程序。是以父子程序對應相同的代碼區。

fork()是一個非常複雜的簡單函數。

pid_t fork(void);

傳回，如果成功，對于父程序傳回子程序的pid，對于子程序傳回0，失敗則傳回-1。沒有參數。

fork是通過複制父程序的記憶體空間建立子程序，複制除了代碼區之外的所有區域（包括緩沖區），代碼區父子程序共享（隻讀）。

fork()會建立一個子程序，子程序從fork的目前位置執行代碼，fork()之前的代碼隻執行一次，fork()之後的代碼父子程序分别執行一次（共2次）。

fork()函數自身會傳回兩次，父程序傳回子程序的pid，子程序會傳回0.

fork()建立子程序時，如果父程序有檔案描述符，子程序會複制檔案描述符

，不複制檔案表（父子程序共用一個檔案表）。

fork()建立子程序後，父子程序誰先運作不确定，誰先結束也不确定。如果子程序先結束，子程序會給父程序發信号，父程序回收子程序的資源。如果父程序先結束，子程序變成孤兒程序，子程序會認程序1（init程序）為新的父程序。

fork()建立子程序後，父子程序同時運作，如果子程序結束時給父程序發信号，父程序沒有受到信号貨沒有及時處理，子程序将變成僵屍程序。

fork()建立的子程序會複制父程序的虛拟記憶體位址，但映射到不同的實體記憶體上，同時把值拷貝過來。複制完成以後父子記憶體上獨立。

4.2 vfork() + execl()

vfork()+execl()建立子程序，父程序和子程序的代碼區完全不同，父子程序執行是完全不同的代碼。

       vfork()和fork()在文法上沒有差別，唯一差別在vfork()不複制父程序的任何資源，而是直接占用父程序的資源運作代碼，父程序處于阻塞狀态，直到子程序結束或者調用了exec系列函數（比如：execl()）。

vfork()和execl()的合作方式：

vfork()可以建立新的程序，但是沒有代碼和資料，execl()建立不了新程序，但可以為程序提供代碼和資料。和fork()不同，vfork()建立子程序後確定子程序先運作，vfork()如果占用父程序的資源，必須要用exit()顯式退出。execl()是exec系統函數中的第一個，功能是啟動一個全新的程序，替換目前的程序。新的程序會全面覆寫舊程序，但不會建立程序。（會替換各種記憶體區域，但pid不變）。

execl("程式的路徑","執行指令","選項","參數",NULL)

隻有第一個參數是必須的，第二個參數必須存在但可以不正确，第三個第四個參數可以沒有，NULL代表參數結束了。

例如：execl("./b.out","b.out",NULL)

4.3 waitpid()和wait()

wait()和waitpid()可以讓父程序等待子程序的結束，并取得子程序的退出狀态和退出碼(return 後面的值或exit()中的值)。

wait()和waitpid()的差別在于wait()很固定，而waitpid()更靈活。wait()是等待任意一個子程序的結束後傳回，而waitpid()可以選擇等待的子程序，也可以不等待。wait()等待的子程序包括僵屍子程序，是以wait()也叫驗屍工。

pid_t wait(int* status)

參數是一個傳出參數，用來帶出結束子程序的退出碼和退出狀态；

傳回 有結束子程序就傳回它的PID，沒有結束就等待，父程序自己阻塞，如

果出了錯，就傳回-1.

宏函數WIFEXITED(status)可以判斷是否正常退出，WEXITSTATUS可以取退出

碼。

pid_t waitpid(pid_t pid,int* status,int option);

參數status和wait()一樣，pid可以設定等待哪個子程序，option可以設定是否等待。pid的值可能是：

==-1 等待任意子程序，與wait()同效

>0   等待指定的子程序（指定pid）

==0  等待本程序組任一子程序

<-1  等待程序組ID等于pid絕對值的任一子程序。

option的值：

0        -阻塞

WNOHANG 不阻塞，直接傳回0

傳回值，有子程序結束時傳回子程序的pid，出錯傳回-1，如果阻塞方式，沒有子程序結束繼續等待。如果是WNOHANG ， 沒有子程序傳回0.

5、程序的退出

5.1 正常退出

1、在main函數中執行return語句

2、執行exit()函數

3、執行_Exit()或_exit()函數

4、最後一個線程退出

5、主線程退出

5.2 非正常退出

1、被信号打斷導緻退出

2、最後一個線程被取消

exit()、_Exit()和_exit()都是用來退出程序的，差別在于，_exit()和_Exit()是一樣的，差別在于頭檔案不同（UC/标C）

exit()和_Exit()差別在于退出方式不同，_Exit()是立即退出，exit()不是立即退出，還可以調用一些其他函數再退出。

可以使用atexit()函數注冊一些函數，這個函數再exit()之前被自動調用，return也會調用。_Exit()不調用。

二、信号

1、什麼是信号？

信号是Unix/Linux系統下最常見的一種軟體中斷方式。中斷就是讓程式停止目前正在運作的代碼，轉而執行其他代碼的過程。中斷分為軟體中斷和硬體中斷，軟體中斷就是用軟體的方式中斷代碼。

2、常見的信号

ctrl + C ->信号2

kill -9  ->信号9

段錯誤   ->信号11

總線錯誤 ->信号7（不确定，不同系統不一定）

kill指令用于發信号，格式：kill -信号 程序pid

信号0沒有實際的意義，用于測試是否有發信号的權限

Unix系統信号從1-48，Linux系統從1-64，但是不確定連續，而且規範中沒有規定信号的數量。信号都有一個宏名稱，以SIG開頭，比如：信号2叫SIGINT，本質是一個非負整數，檢視信号的指令：

kill -l

注：程式設計時，信号用宏名稱，因為有些系統信号數字不同，但宏名稱是一樣的。

常見宏名稱：

SIGINT -信号2  ctrl+C

SIGQUIT -信号3 ctrl+\

SIGKILL -信号9

在Linux系統中，1-31是不可靠信号，是早期的信号，不支援排隊，因為有可能丢失；34-64是可靠信号，支援排隊，不可能丢失。信号分為可靠信号和不可靠信号。

3 信号處理

信号隻是一個整數，實作中斷的功能靠信号處理，信号處理的方式有三種：

1、預設處理，系統提供，多半是退出程序

2、忽略信号，信号來了不做額外的處理，直接忽略

3、自定義處理函數，信号按程式員的代碼處理

注：

有些信号是不能被自定義和忽略的，比如信号9

程序可以給其他程序發信号，但隻能給本使用者的程序發信号，root使用者可以給所有使用者的程序發信号。

3.1 signal()/sigaction()

函數signal()/sigaction() 可以設定信号的處理方式。

signal()使用了一個函數指針，原型：

void (*f)(int)

函數指針 signal(int 信号值，函數指針)

其中，第二個參數函數指針可以是以下三個值：

1、SIG_IGN  -忽略該信号

2、SIG_DFL  -恢複預設處理

3、傳入一個程式員自定義函數名，自定義處理函數

傳回：成功傳回之前的處理方式，失敗傳回SIG_ERR

注：signal()函數隻是設定了信号處理方式，自身并沒有發信号，是以信号

處理函數在有信号到來時才執行。

3.2 父子程序之間的信号處理

如果父程序用fork()建立的子程序，子程序與父程序的信号處理方式完全一緻（照抄）。如果父程序用vfork()+execl()方式建立的子程序，父程序自定義處理函數的子程序改為預設（是以子程序已經沒了處理函數），其他照抄。

4 信号的發送方式

1、鍵盤發送（部分信号）

ctrl+C ->信号2

ctrl+\ ->信号3

2、硬體錯誤（部分信号）

段錯誤、總線錯誤、整數被0除

3、kill指令（所有指令都可以發送）

kill -信号 程序pid

4、系統函數發送（所有信号）

raise()、kill()、alarm()、sigqueue()。。。

重點是kill()函數，了解alarm()

int kill(pid_t pid,int signo)

參數pid指定了給哪個或哪些程序發信号，和waitpid()中的pid一樣。

signo就是發送信号幾

pid的值：

正數：就是給指定的一個程序發信号（pid）

-1  ：就是給所有程序發信号（有權限的）

0   ：本組所有的程序發信号

<-1 ：指定程序組（組ID=-pid）的所有程序

最常用的是正數，其次-1。

指令killall a.out 可以殺死所有的加a.out的程序。

5、sleep()和usleep()

Sleep()是秒級的延時，usleep()是us級的延時。sleep()函數會讓程式休眠，直到休眠時間到，或者有未忽略的信号到來。會傳回剩餘的秒數。

6、信号集和信号屏蔽

6.1 信号集

系統定義了存放多個信号的資料結構，就是信号集，是一個超大的整數，每個二進制位代表一個信号。

信号集的運算結構（提供函數）：

增加元素（信号） 

删除元素（信号）

查詢元素（信号）

sigaddset()  -增加一個信号（某個二進制位置一）

sigfillset() -所有信号全部增加（全部置一）

sigdelset()  -删除一個信号

sigemptyset()-删除所有信号

sigismember()-查詢一個信号是否存在

6.2 信号屏蔽

信号什麼時候來是無法确定和控制的，但可以讓信号處理的時間延後。信号屏蔽主要用于關鍵代碼的執行。不能阻止信号的到來，而是将信号的處理延後。關鍵代碼執行完畢後，要解除信号的屏蔽，信号得到處理。

函數sigprocmask() 可以屏蔽/解除屏蔽

int sigprocmask(int how,sigset_t* new,sigset_t* old)

參數how是信号屏蔽的方式

new是新的權限屏蔽字（屏蔽哪些權限）

old是傳出參數，用于傳出以前的信号屏蔽字，便于後面恢複

how的三種方式：

1、SIG_BLOCK:之前的屏蔽 +new的屏蔽

2、SIG_UNBLOCK:之前的屏蔽-new的屏蔽

3、SIG_SETMASK:直接使用新的屏蔽，與之前的無關，這個最常用