嵌入式Linux系统编程 — 6.3 kill、raise、alarm、pause函数向进程发送信号

1 kill函数

1.1 kill函数介绍

1.2 示例程序

2 raise函数

2.1 raise函数介绍

2.2 示例程序

3 alarm函数

3.1 alarm函数介绍

3.2 示例程序

4 pause函数

4.1 pause函数介绍

4.2 示例程序

与 kill 命令相类似， Linux 系统提供了 kill()系统调用，一个进程可通过 kill()向另一个进程发送信号；除了 kill()系统调用之外， Linux 系统还提供了库函数 raise()，也可用于实现发送信号的功能。此外，系统调用 alarm()和 pause()函数也可进行发送信号的特殊操作。

1 kill函数

1.1 kill函数介绍

kill()系统调用可将信号发送给指定的进程或进程组中的每一个进程，其函数原型如下所示：

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

pid：参数 pid 为正数的情况下，用于指定接收此信号的进程 pid；除此之外，参数 pid 也可设置为 0 或-1 以及小于-1 等不同值。

pid取值	含义
正数	则信号 sig 将发送到 pid 指定的进程
0	则将 sig 发送到当前进程的进程组中的每个进程
-1	则将 sig 发送到当前进程有权发送信号的每个进程，但进程 1（init）除外
小于-1	将 sig 发送到 ID 为-pid 的进程组中的每个进程，进程中将信号发送给另一个进程是需要权限的，并不是可以随便给任何一个进程发送信号，超级用户root 进程可以将信号发送给任何进程，但对于非超级用户（普通用户）进程来说，其基本规则是发送者进程的实际用户 ID 或有效用户 ID 必须等于接收者进程的实际用户 ID 或有效用户 ID。

sig：参数 sig 指定需要发送的信号，也可设置为 0，如果参数 sig 设置为 0 则表示不发送信号，但任执行错误检查，这通常可用于检查参数 pid 指定的进程是否存在。
返回值：成功返回 0；失败将返回-1，并设置 errno。

1.2 示例程序

示例程序接受一个命令行参数作为要发送信号的进程ID：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>int main(int argc, char *argv[]) 
{// 检查参数数量if (argc != 2) {fprintf(stderr, "Usage: %s <pid>\n", argv[0]);exit(EXIT_FAILURE);}// 第一个参数是程序名，第二个参数是我们的进程IDpid_t target_pid = (pid_t)strtol(argv[1], NULL, 10);// strtol会设置errno，如果转换失败我们需要检查errnoif (errno == ERANGE || target_pid == (pid_t)-1) {perror("Invalid PID");exit(EXIT_FAILURE);}// 要发送的信号，这里我们发送SIGTERM信号int signal_to_send = SIGTERM;// 使用kill函数发送信号if (kill(target_pid, signal_to_send) == -1) {// 如果kill调用失败，打印错误消息并退出perror("Error sending signal");exit(EXIT_FAILURE);}printf("Signal %d sent to process %d\n", signal_to_send, target_pid);return 0;
}

程序首先检查了命令行参数的数量，输入进程ID参数。
使用strtol函数将命令行参数转换为pid_t类型的进程ID。strtol函数尝试将字符串转换为长整数，并允许我们指定基数（这里使用10进制）。检查strtol是否成功转换了字符串。如果转换失败或超出范围，errno会被设置为ERANGE。如果strtol返回(pid_t)-1，并且errno不是ERANGE，这意味着没有发生范围错误，但字符串可能不是一个有效的数字。
使用kill()函数向转换得到的进程ID发送SIGTERM信号。如果信号发送成功，程序将打印一条消息，说明信号已经发送到指定的进程。

程序运行结果如下，可以看到kill没有权限的pid和不存在的pid会报错：

2 raise函数

2.1 raise函数介绍

raise()函数用于发送信号给自己，即发送信号给当前进程。raise()函数原型如下所示：

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

sig：指定要发送给当前进程的信号编号。
返回值：如果成功，raise()返回0；如果失败，返回-1并设置errno以指示错误。

raise()其实等价于：kill(getpid(), sig);

2.2 示例程序

以下是使用raise()函数在当前进程内发送信号的示例程序：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>// 信号处理函数
void signal_handler(int sig) {printf("Signal %d caught by process %d\n", sig, getpid());
}int main() 
{// 设置信号处理函数struct sigaction sa;sa.sa_handler = signal_handler; // 指定信号处理器sigemptyset(&sa.sa_mask);       // 初始化信号集，屏蔽信号sa.sa_flags = 0;                // 无特殊标志// 为SIGUSR1信号设置信号处理函数if (sigaction(SIGUSR1, &sa, NULL) < 0) {perror("sigaction");exit(EXIT_FAILURE);}printf("Process %d is running, and will raise SIGUSR1 to itself.\n", getpid());// 使用raise发送SIGUSR1信号给自己if (raise(SIGUSR1) != 0) {perror("raise");exit(EXIT_FAILURE);}return 0;
}

程序首先定义了一个signal_handler函数，用于处理SIGUSR1信号。
在main函数中，使用sigaction()函数设置了SIGUSR1信号的处理器为signal_handler。然后，我们使用raise(SIGUSR1)向当前进程发送SIGUSR1信号。这将触发signal_handler函数的执行。
如果raise()调用成功，程序将继续执行。如果失败，将打印错误消息并退出。

程序运行结果如下：

3 alarm函数

3.1 alarm函数介绍

alarm函数用于设置一个定时器的系统调用，当定时器到期时，将向进程发送SIGALRM信号。函数原型如下：

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

seconds：指定定时器到期前的时间，以秒为单位。
返回值：alarm()函数返回在调用之前已经设置的任何定时器的剩余时间（以秒为单位）。如果之前没有设置定时器，或者定时器已经到期，返回0。

需要注意的是 alarm 闹钟并不能循环触发，只能触发一次，若想要实现循环触发，可以在SIGALRM 信号处理函数中再次调用 alarm()函数设置定时器。

3.2 示例程序

以下是使用alarm()函数发送信号的示例程序：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>void handle_alarm(int sig) {printf("Timer expired, process %d received SIGALRM\n", getpid());exit(-1);
}int main() 
{struct sigaction sa;// 设置信号处理函数sa.sa_handler = handle_alarm;sigemptyset(&sa.sa_mask);sa.sa_flags = 0;if (sigaction(SIGALRM, &sa, NULL) < 0) {perror("sigaction");exit(EXIT_FAILURE);}printf("Process %d will raise SIGALRM in 5 seconds\n", getpid());// 设置定时器，5秒后触发SIGALRMunsigned int remaining_time = alarm(5);if (remaining_time > 0) {printf("Previous timer had %u seconds remaining\n", remaining_time);}// 主循环，等待SIGALRM信号while(1) {// 这里可以执行其他任务，但在这个例子中，我们只是等待信号sleep(1); // 避免CPU占用过高}return 0;
}

程序定义了一个handle_alarm函数来处理SIGALRM信号。
使用sigaction()设置了SIGALRM的信号处理函数。
使用alarm(5)设置了一个5秒的定时器。定时器到期后，将发送SIGALRM信号给当前进程。
如果之前有设置定时器，alarm()会返回之前定时器的剩余时间。

程序运行结果如下：

4 pause函数

4.1 pause函数介绍

pause()函数一个系统调用，可以使得进程暂停运行、进入休眠状态，直到进程捕获到一个信号为止。pause()函数的原型如下：

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

参数：pause()函数不接受任何参数。
返回值：pause()函数在正常情况下不会返回，因为它会无限期地挂起执行。只有当进程收到一个信号并且该信号不是通过pause()调用捕获时，它才会返回。如果被信号中断，它返回-1并设置errno为EINTR。

4.2 示例程序

以下是使用pause()函数等待发送信号的示例程序：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>void handle_signal(int sig) {printf("Received signal %d\n", sig);
}int main() 
{struct sigaction sa;// 设置信号处理函数sa.sa_handler = handle_signal;sigemptyset(&sa.sa_mask);sa.sa_flags = 0;// 为SIGINT设置信号处理函数if (sigaction(SIGINT, &sa, NULL) < 0) {perror("sigaction");exit(EXIT_FAILURE);}printf("Process %d is pausing. Send SIGINT to continue.\n", getpid());// 挂起进程直到收到信号pause();printf("Process %d has been resumed.\n", getpid());return 0;
}