Python信号相关概念及运用

• Python信号相关概念及运用
• 介绍
• signal包
  • 捕捉信号
  • 发送信号
• os包的kill发送信号
• 其他注意事项

介绍

信号是软件中断。信号提供了一种处理异步事件的方法。

不存在编号为0的信号。kill函数对信号编号0有特殊的应用。POSIX.1将此信号编号值称为空信号。

很多条件可以产生信号：

• 当用户按某些按键时，引发终端产生的信号。(DELETE,Ctrl+C,Ctrl+\,Ctrl+Z)。这些键可以自定义。
• 硬件异常产生信号：除数为0、无效的内存引用等。
• 进程调用kill(2)函数可将信号发送到另一个进程或进程组。有限制：只能发送给同一用户的进程，或者发送信号的进程所有者是超级用户。
• 用户可用kill(1)命令将信号发送给其他进程。
• 当检测到某种软件条件发生，并应将其通知有关进程时也产生信号。例句SIGURG、SIGPIPE、SIGALRM。

信号是异步事件的经典实例。产生信号的事件对进程而言是随机出现的。
可以要求内核在某个信号出现时按照下列方式之一进行处理:

1. 忽略此信号。大多数都可以，但有两个不能忽略，他们是SIGKILL和SIGSTOP。原因是：它们向超级用户提供了使进程终止或停止的可靠方法。 另外，有些如果忽略由硬件异常引发的异常(如除0),则进程的行为是未定义的。
2. 捕捉信号。自定义信号处理函数。注意：不能捕捉SIGKILL和SIGSTOP信号。
3. 执行系统默认动作。针对大多数信号的系统默认动作是终止进程。

UNIX系统信号

在下列条件下并不会产生core文件:

• 进程是设置用户ID的，而且当前用户并非程序文件的所有者。
• 进程是设置组ID的，而且当前用户并非该程序的组所有者。
• 用户没有写当前工作目录的权限。
• 该文件已存在，而且用户对该文件设有写权限。
• 该文件太大。

signal包

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。

捕捉信号

signal包的核心是使用signal.signal()函数来预设(register)信号处理函数，如下所示：

singnal.signal(signalnum, handler)

signalnum为某个信号，handler为该信号的处理函数。我们在信号基础里提到，进程可以无视信号，可以采取默认操作，还可以自定义操作。当handler为signal.SIG_IGN时，信号被无视(ignore)。当handler为singal.SIG_DFL，进程采取默认操作(default)。当handler为一个函数名时，进程采取函数中定义的操作。

示例代码s1.py：

#coding: utf-8
import signal
# Define signal handler function
def myHandler(signum, frame):
    print('I received: ', signum)

# register signal.SIGTSTP’s handler
signal.signal(signal.SIGTSTP, myHandler)
signal.pause()#等待信号产生，是任意信号。
print('End of Signal Demo')

执行过程1：

执行 python s1.py
键入Ctrl+Z

输出结果：

^Z(‘I received: ‘, 18)
End of Signal Demo

执行过程2：

执行 python s1.py
键入Ctrl+C

输出结果：

^CTraceback (most recent call last):
File “s1.py”, line 9, in
signal.pause()
KeyboardInterrupt

因为Ctrl+Z产生的SIGTSTP由自定义函数处理了。打印完返回原来代码执行处，继续打印’End of Signal Demo‘后程序退出。
而Ctrl+C产生的SIGINT信号没有设置捕捉函数，按系统默认操作执行，终止程序运行。

发送信号

signal.alarm()，它被用于在一定时间之后，向进程自身发送SIGALRM信号:

import signal
import time
# Define signal handler function
def myHandler(signum, frame):
    print("Now, it’s the time ", time.ctime())
    exit()

# register signal.SIGALRM’s handler
signal.signal(signal.SIGALRM, myHandler)
signal.alarm(1)
while True:
    print('not yet')

输出结果：

not yet
not yet
…
not yet
Now, it’s the time Thu Feb 9 11:49:05 2017

os包的kill发送信号

signal只有alarm可以发送SIGALRM信号。其它信号需要借助os包。

os.kill(pid, sid) #向进程pid发送信号sid

os.killpg(pgid, sid)#向进程组pgid发送信号sid

其他注意事项

进程捕捉到信号并对其进行处理时，进程正在执行的指令会被临时中断，转而去处理该信号处理程序中的指令，返回继续处理之前被中断的指令。
但是之前被中断的指令可能是malloc,getpwnam等，而信号处理函数也可能调用malloc,getpwnam，结果导致继续执行之前的malloc,getpwnam出错。malloc\getpwnam就是不可重入函数。
相对应的就是可重入函数。

Single UNIX Specification说明了保证可重入函数。一共有117个。
不可重入的原因有：

• 已知它们使用静态数据结构
• 它们调用malloc或free
• 它们是标准I/O函数。标准I/O库的很多实现都以不可重入的方式使用全局数据结构。

应当了解，即使使用可重入函数，但是由于每个线程只有一个errno变量，所以信号处理程序可能会修改其原先值。
因此，作为一个通用的规则，当在信号处理程序中调用可重入函数时，应当在其前保存，在其后恢复errno。

若在信号处理程序中调用一个不可重入函数，则其结果是不可预见的。

#coding: utf-8
import signal
# Define signal handler function
i = 0
def myHandler(signum, frame):
    global i;
    i += 1;
    print('I received: ', signum)

# register signal.SIGTSTP’s handler
signal.signal(signal.SIGTSTP, myHandler)
signal.pause()
i += 1;
print('End of Signal Demo, i=',i)

输出结果：

python s1.py
^Z(‘I received: ‘, 18)
(‘End of Signal Demo, i=’, 2)

这个例子比较简单。但是在更复杂的环境下，i被信号捕捉函数修改过并不是显而易见的。