每日一模块-signal

一、信号是什么，有什么作用？

1. 信号简介

连接Linux都知道，Linux以进程为单位来执行程序。我们可以将计算机看作一个大楼，内核(kernel)是大楼的管理员，进程是大楼的房客。每个进程拥有一个独立的房间(属于进程的内存空间)，而每个房间都是不允许该进程之外的人进入。这样，每个进程都只专注于自己干的事情，而不考虑其他进程，同时也不让别的进程看到自己的房间内部。这对于每个进程来说是一种保护机制。(想像一下几百个进程总是要干涉对方，那会有多么混乱，或者几百个进程相互偷窥……)

然而，在一些情况，我们需要打破封闭的房间，以便和进程交流信息。比如说，内核发现有一个进程在砸墙(硬件错误)，需要让进程意识到这样继续下去会毁了整个大楼。再比如说，我们想让多个进程之间合作。这样，我们就需要一定的通信方式。信号(signal)就是一种向进程传递信息的方式。我们可以将信号想象成大楼的管理员往房间的信箱里塞小纸条。随后进程取出小纸条，会根据纸条上的内容来采取一定的行动，比如灯坏了，提醒进程使用手电。(当然，也可以完全无视这张纸条，然而在失火这样紧急的状况下，无视信号不是个好的选择)。相对于其他的进程间通信方式(interprocess communication，比如说pipe, shared memory)来说，信号所能传递的信息比较粗糙，只是一个整数。但正是由于传递的信息量少，信号也便于管理和使用。信号因此被经常地用于系统管理相关的任务，比如通知进程终结、中止或者恢复等等。

信号是由内核(kernel)管理的。信号的产生方式多种多样，它可以是内核自身产生的，比如出现硬件错误(比如出现分母为0的除法运算，或者出现segmentation fault)，内核需要通知某一进程；也可以是其它进程产生的，发送给内核，再由内核传递给目标进程。内核中针对每一个进程都有一个表存储相关信息(房间的信箱)。当内核需要将信号传递给某个进程时，就在该进程相对应的表中的适当位置写入信号(塞入纸条)，这样，就生成(generate)了信号。当该进程执行系统调用时，在系统调用完成后退出内核时，都会顺便查看信箱里的信息。如果有信号，进程会执行对应该信号的操作(signal action, 也叫做信号处理signal disposition)，此时叫做执行(deliver)信号。从信号的生成到信号的传递的时间，信号处于等待(pending)状态(纸条还没有被查看)。我们同样可以设计程序，让其生成的进程阻塞(block)某些信号，也就是让这些信号始终处于等待的状态，直到进程取消阻塞(unblock)或者无视信号。

2. 常见的信号

信号所传递的每一个整数都被赋予了特殊的意义，并有一个信号名对应该整数。常见的信号有SIGINT, SIGQUIT, SIGCONT, SIGTSTP, SIGALRM等。这些都是信号的名字。你可以通过

$man 7 signal
NAME
       signal - 有效信号的清单

描述 (DESCRIPTION)
       下面 列出 Linux 支持的 信号. 某些 信号 依赖于 体系结构(architecture).

       首先, POSIX.1 描述了 下列 信号.

       信号         值      动作   说明
       ─────────────────────────────────────────────────────────────────────
       SIGHUP        1       A     在控制终端上是挂起信号, 或者控制进程结束
       SIGINT        2       A     从键盘输入的中断
       SIGQUIT       3       C     从键盘输入的退出
       SIGILL        4       C     无效硬件指令
       SIGABRT       6       C     非正常终止, 可能来自 abort(3)
       SIGFPE        8       C     浮点运算例外
       SIGKILL       9      AEF    杀死进程信号
       SIGSEGV      11       C     无效的内存引用
       SIGPIPE      13       A     管道中止: 写入无人读取的管道
       SIGALRM      14       A     来自 alarm(2) 的超时信号
       SIGTERM      15       A     终止信号
       SIGUSR1   30,10,16    A     用户定义的信号 1
       SIGUSR2   31,12,17    A     用户定义的信号 2
       SIGCHLD   20,17,18    B     子进程结束或停止
       SIGCONT   19,18,25          继续停止的进程
       SIGSTOP   17,19,23   DEF    停止进程
       SIGTSTP   18,20,24    D     终端上发出的停止信号
       SIGTTIN   21,21,26    D     后台进程试图从控制终端(tty)输入
       SIGTTOU   22,22,27    D     后台进程试图在控制终端(tty)输出

来查阅更多的信号。

上面几个信号中，

SIGINT 当键盘按下CTRL+C从shell中发出信号，信号被传递给shell中前台运行的进程，对应该信号的默认操作是中断 (INTERRUPT) 该进程。

SIGQUIT 当键盘按下CTRL+\从shell中发出信号，信号被传递给shell中前台运行的进程，对应该信号的默认操作是退出 (QUIT) 该进程。

SIGTSTP 当键盘按下CTRL+Z从shell中发出信号，信号被传递给shell中前台运行的进程，对应该信号的默认操作是暂停 (STOP) 该进程。

SIGCONT 用于通知暂停的进程继续。

SIGALRM 起到定时器的作用，通常是程序在一定的时间之后才生成该信号。

3. 在shell中使用信号

下面我们实际应用一下信号。我们在shell中运行ping：

$ping localhost
#此时我们可以通过CTRL+Z来将SIGTSTP传递给该进程。shell中显示：
[1]+  已停止               ping localhost

我们使用$ps来查询ping进程的PID (PID是ping进程的房间号), 在我的机器中为27397

我们可以在shell中通过$kill命令来向某个进程发出信号:

$kill -SIGCONT 27397

来传递SIGCONT信号给ping进程。

4. 信号处理 (signal disposition)

在上面的例子中，所有的信号都采取了对应信号的默认操作。但这并不绝对。当进程决定执行信号的时候，有下面几种可能：

无视(ignore)信号，信号被清除，进程本身不采取任何特殊的操作
默认(default)操作。每个信号对应有一定的默认操作。比如上面SIGCONT用于继续进程。
自定义操作。也叫做获取 (catch) 信号。执行进程中预设的对应于该信号的操作。

进程会采取哪种操作，要根据该进程的程序设计。特别是获取信号的情况，程序往往会设置一些比较长而复杂的操作(通常将这些操作放到一个函数中)。

信号常常被用于系统管理，所以它的内容相当庞杂。深入了解信号，需要一定的Linux环境编程知识。

5. 结

信号机制; generate, deliver, pending, blocking

signal action/dispositon; ignore, default action, catch signal

$kill

二、python信号的使用`signal`

在了解了Linux的信号基础之后，Python标准库中的signal包就很容易学习和理解。signal包负责在Python程序内部处理信号，典型的操作包括预设信号处理函数，暂停并等待信号，以及定时发出SIGALRM等。要注意，signal包主要是针对UNIX平台(比如Linux, MAC OS)，而Windows内核中由于对信号机制的支持不充分，所以在Windows上的Python不能发挥信号系统的功能。

信号（signal）-- 进程之间通讯的方式，是一种软件中断。一个进程一旦接收到信号就会打断原来的程序执行流程来处理信号。

1. 定义信号名

signal包定义了各个信号名及其对应的整数，比如：

import signal

print(signal.SIGABRT)
print(signal.SIG_DFL)
# 结果
Signals.SIGABRT
Handlers.SIG_DFL
# Python所用的信号名与Linux一致，可以通过$ man 7 signal 查询