一、实验目的
(1) 了解什么是信号。
(2) 熟悉LINUX系统中进程之间软中断通信的基本原理。
(3) 熟悉LINUX支持的管道通信方式。
二、实验内容
（1）编写一段程序，使其现实进程的软中断通信。
即：使用系统调用fork()创建两个子进程，再用系统调用signal()让父进程捕捉键盘上来的中断信号（即按 ctrl+c 键）；当捕捉到中断信号后，父进程用系统调用kill( )向两个子进程发出信号，子进程捕捉到信号后，分别输出下列信息后终止：
Child Process11 is killed by Parent!
Child Process12 is killed by Parent!
父进程等待两个子进程终止后，输出如下的信息后终止
Parent Process is killed!
要求：运行以下参考程序并分析结果。 <参考程序>
#include #include #include #include void waiting(),stop(),alarming(); int wait_mark; main() { int p1,p2; if(p1=fork()) /*创建子进程p1*/ { if(p2=fork()) /*创建子进程p2*/ { //父进程 wait_mark=1; signal(SIGINT,stop); /*接收到^c信号，转stop*/ signal(SIGALRM,alarming);/*接受SIGALRM*/ waiting(); kill(p1,16); /*向p1发软中断信号16*/ kill(p2,17); /*向p2发软中断信号17*/ wait(0); /*同步*/ wait(0); printf(\"parent process is killed!\\n\"); exit(0); //会暂时停止目前进程的执行，直到有信号来到或子进程结束。 } else { wait_mark=1; signal(17,stop); signal(SIGINT,SIG_IGN); /*忽略 ^c信号*/ while (wait_mark!=0); lockf(1,1,0); printf(\"child process2 is killed by parent!\\n\"); lockf(1,0,0); exit(0); } } else { wait_mark=1; signal(16,stop); signal(SIGINT,SIG_IGN); /*忽略^c信号*/ while (wait_mark!=0); lockf(1,1,0); printf(\"child process1 is killed by parent!\\n\"); lockf(1,0,0); exit(0); } } void waiting() { sleep(5); if (wait_mark!=0) kill(getpid(),SIGALRM); } void alarming() { wait_mark=0; } void stop() { wait_mark=0; } （2）修改上面的程序 增加语句signal(SIGINT,SIG_IGN)和语句signal(SIGQUIT,SIG_IGN)，再观察程序执行时屏幕上出现的现象，并分析其原因。这里，signal(SIGINT,SIG_IGN)和signal(SIGQUIT,SIG_IGN)分别为忽略键信号以及忽略中断信号。 <程序> #include #include #include int pid1,pid2; int EndFlag=0; int pf1=0; int pf2=0; void IntDelete() { kill(pid1,16); kill(pid2,17); } void Int1() { printf(\"child process 1 is killed !by parent\\n\"); exit(0); } void Int2() { printf(\"child process 2 is killed !by parent\\n\"); exit(0); } main() { int exitpid; if(pid1=fork()) { if(pid2=fork()) { signal(SIGINT,IntDelete); waitpid(-1,&exitpid,0); waitpid(-1,&exitpid,0); printf(\"parent process is killed\\n\"); exit(0); } else { signal(SIGINT,SIG_IGN); signal(17,Int2); pause(); } } else { signal(SIGINT,SIG_IGN); signal(16,Int1); pause(); } } （3）(选做)编制一段程序，实现进程的管道通信。 使用pipe()建立一条管道线。两个子进程p1和p2分别向管道各写一句话： Child 1 is sending message! Child 2 is sending message! 而父进程则从管道中读出来自于两个子进程的信息，显示在屏幕上。 〈程序〉 #include #include #include int pid1,pid2; main( ) { int fd[2]; char outpipe[100],inpipe[100]; pipe(fd); while ((pid1=fork( ))==-1); if(pid1==0) { lockf(fd[1],1,0); /*创建一个管道*/ sprintf(outpipe,\"child 1 process is sending message!\"); /*把串放入数组outpipe中*/ write(fd[1],outpipe,50); /*向管道写长为50字节的串*/ sleep(5); /*自我阻塞5秒*/ lockf(fd[1],0,0); exit(0); } else { while((pid2=fork( ))==-1); if(pid2==0) { lockf(fd[1],1,0); /*互斥*/ sprintf(outpipe,\"child 2 process is sending message!\"); write(fd[1],outpipe,50); sleep(5); lockf(fd[1],0,0); exit(0); } else { wait(0); /*同步*/ read(fd[0],inpipe,50); /*从管道中读长为50字节的串*/ printf(\"%s\\n\ wait(0); read(fd[0],inpipe,50); printf(\"%s\\n\ exit(0); } } } 〈运行结果〉 延迟5秒后显示: child1 process is sending message! 再延迟5秒: child2 process is sending message! 〈分析〉 请读者自行完成 。 三、实验指导 (一)信号 1、信号的基本概念 每个信号都对应一个正整数常量（称为signal number，即信号编号，定义在系统头文件 每个进程在运行时，都要通过信号机制来检查是否有信号到达。若有，便中断正在执行的程序，转向与该信号相对应的处理程序，以完成对该事件的处理；处理结束后再返回到原来的断点继续执行。实质上，信号机制是对中断机制的一种模拟，故在早期的UNIX版本中又把它称为软中断。 信号与中断的相似点： （1）采用了相同的异步通信方式； （2）当检测出有信号或中断请求时，都暂停正在执行的程序而转去执行相应的处理程序； （3）都在处理完毕后返回到原来的断点； （4）对信号或中断都可进行屏蔽。 信号与中断的区别： （1）中断有优先级，而信号没有优先级，所有的信号都是平等的； （2）信号处理程序是在用户态下运行的，而中断处理程序是在核心态下运行； （3）中断响应是及时的，而信号响应通常都有较大的时间延迟。 信号机制具有以下三方面的功能： （1）发送信号。发送信号的程序用系统调用kill( )实现； （2）预置对信号的处理方式。接收信号的程序用signal( )来实现对处理方式的预置； （3）收受信号的进程按事先的规定完成对相应事件的处理。 2、信号的发送 信号的发送，是指由发送进程把信号送到指定进程的信号域的某一位上。如果目标进程正在一个可被中断的优先级上睡眠，核心便将它唤醒，发送进程就此结束。一个进程可能在其信号域中有多个位被置位，代表有多种类型的信号到达，但对于一类信号，进程却只能记住其中的某一个。 进程用kill( )向一个进程或一组进程发送一个信号。 3、对信号的处理 当一个进程要进入或退出一个低优先级睡眠状态时，或一个进程即将从核心态返回用 户态时，核心都要检查该进程是否已收到软中断。当进程处于核心态时，即使收到软中断也不予理睬；只有当它返回到用户态后，才处理软中断信号。对软中断信号的处理分三种情况进行： （1）如果进程收到的软中断是一个已决定要忽略的信号（function=1），进程不做任何处理便立即返回； （2）进程收到软中断后便退出（function=0）； （3）执行用户设置的软中断处理程序。 (二)所涉及的中断调用 1、kill( ) 功能描述：用于向任何进程组或进程发送信号。 系统调用格式 int kill(pid,sig) 参数定义 int pid,sig; 其中，pid是一个或一组进程的标识符，参数sig是要发送的软中断信号。 （1）pid>0时，核心将信号发送给进程pid。 （2）pid=0时，核心将信号发送给与发送进程同组的所有进程。 （3）pid=-1时，核心将信号发送给所有用户标识符真正等于发送进程的有效用户标识号的进程。 2、signal( ) 功能描述：预置对信号的处理方式，允许调用进程控制软中断信号。 系统调用格式 signal(sig,function) 头文件为 #include 参数定义 int sig; void (*func) ( ) 其中sig用于指定信号的类型，sig为0则表示没有收到任何信号，余者如下表： 值 名 字 说 明 01 SIGHUP 挂起（hangup） 02 SIGINT 中断，当用户从键盘按^c键或^break键时 03 SIGQUIT 退出，当用户从键盘按quit键时 04 SIGILL 非法指令 05 SIGTRAP 跟踪陷阱（trace trap），启动进程，跟踪代码的执行 06 SIGIOT IOT 指令 07 SIGEMT 08 SIGFPE 09 SIGKILL 10 SIGBUS 11 SIGSEGV 虚地址空间以外的位置 12 SIGSYS 13 SIGPIPE 14 SIGALRM 闹钟。当某进程希望在某时间后接收信号时发此信号15 SIGTERM 16 SIGUSR1 EMT指令 浮点运算溢出 杀死、终止进程 总线错误 段违例（segmentation violation），进程试图去访问其 系统调用中参数错，如系统调用号非法 向某个非读管道中写入数据 软件终止（software termination） 用户自定义信号1 17 SIGUSR2 用户自定义信号2 18 SIGCLD 某个子进程死 19 SIGPWR 电源故障 function：在该进程中的一个函数地址，在核心返回用户态时，它以软中断信号的序号作为参数调用该函数，对除了信号SIGKILL，SIGTRAP和SIGPWR以外的信号，核心自动地重新设置软中断信号处理程序的值为SIG_DFL，一个进程不能捕获SIGKILL信号。 function 的解释如下： （1）function=1时，进程对sig类信号不予理睬，亦即屏蔽了该类信号； （2）function=0时，缺省值，进程在收到sig信号后应终止自己； （3）function为非0，非1类整数时，function的值即作为信号处理程序的指针。 (三)实验（1）的参考<程序流程图> 〈程序〉 #include #include #include void waiting(),stop(),alarming(); int wait_mark; main() { int p1,p2; if(p1=fork()) { if(p2=fork()) { //父进程 wait_mark=1; signal(SIGINT,stop); /*创建子进程p1*/ /*创建子进程p2*/ /*接收到’DEL’信号，转stop*/ signal(SIGALRM,alarming);/*接受SIGALRM waiting(); kill(p1,16); /*向p1发软中断信号16*/ kill(p2,17); /*向p2发软中断信号17*/ wait(0); /*同步*/ wait(0); printf(\"parent process is killed!\\n\"); exit(0); } else { wait_mark=1; signal(17,stop); signal(SIGINT,SIG_IGN); /*忽略 ^c信号*/ while (wait_mark!=0); lockf(1,1,0); printf(\"child process2 is killed by parent!\\n\"); lockf(1,0,0); exit(0); } } else { wait_mark=1; signal(16,stop); signal(SIGINT,SIG_IGN); /*忽略^c信号*/ while (wait_mark!=0); lockf(1,1,0); printf(\"child process1 is killed by parent!\\n\"); lockf(1,0,0); exit(0); } } void waiting() { sleep(5); if (wait_mark!=0) kill(getpid(),SIGALRM); } void alarming() { wait_mark=0; } void stop() { wait_mark=0; } <运行结果> 不做任何操作等待五秒钟父进程会在子进程先退出后再退出，并打印退出的顺序；或者点击ctrl+C后程序退出并打印退出的顺序。 〈任务2〉 在上面的任务1中，增加语句signal(SIGINT,SIG_IGN)和语句 signal(SIGQUIT,SIG_IGN)，观察执行结果，并分析原因。这里，signal(SIGINT,SIG_IGN)和signal(SIGQUIT,SIG_IGN)分别为忽略键信号以及忽略中断信号。 <程序> #include #include #include int pid1,pid2; int EndFlag=0; int pf1=0; int pf2=0; void IntDelete() { kill(pid1,16); kill(pid2,17); } void Int1() { printf(\"child process 1 is killed !by parent\\n\"); exit(0); } void Int2() { printf(\"child process 2 is killed !by parent\\n\"); exit(0); } main() { int exitpid; if(pid1=fork()) { if(pid2=fork()) { signal(SIGINT,IntDelete); waitpid(-1,&exitpid,0); waitpid(-1,&exitpid,0); printf(\"parent process is killed\\n\"); exit(0); } else { signal(SIGINT,SIG_IGN); signal(17,Int2); pause(); } } else { signal(SIGINT,SIG_IGN); signal(16,Int1); pause(); } } 〈运行结果〉 请读者将上述程序输入计算机后，执行并观察。 1．进程的管道通信 〈任务〉 编制一段程序，实现进程的管道通信。使用系统调用pipe()建立一条管道线。两个子进程p1和p2分别向通道个写一句话： child1 process is sending message! child2 process is sending message! 而父进程则从管道中读出来自两个进程的信息，显示在屏幕上。 〈程序〉 #include #include #include int pid1,pid2; main( ) { int fd[2]; char outpipe[100],inpipe[100]; pipe(fd); /*创建一个管道*/ while ((pid1=fork( ))==-1); if(pid1==0) { lockf(fd[1],1,0); sprintf(outpipe,\"child 1 process is sending message!\"); /*把串放入数组outpipe中*/ write(fd[1],outpipe,50); /*向管道写长为50字节的串*/ sleep(5); /*自我阻塞5秒*/ lockf(fd[1],0,0); exit(0); } else { while((pid2=fork( ))==-1); if(pid2==0) { lockf(fd[1],1,0); /*互斥*/ sprintf(outpipe,\"child 2 process is sending message!\"); write(fd[1],outpipe,50); sleep(5); lockf(fd[1],0,0); exit(0); } else { wait(0); /*同步*/ read(fd[0],inpipe,50); printf(\"%s\\n\ wait(0); read(fd[0],inpipe,50); printf(\"%s\\n\ exit(0); } } } 〈运行结果〉 /*从管道中读长为50字节的串*/ 延迟5秒后显示: child1 process is sending message! 再延迟5秒: child2 process is sending message! 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容