嵌入式Linux：信號(hào)分類

在Linux系統(tǒng)中，信號(hào)可以從兩個(gè)不同的角度進(jìn)行分類：一是從可靠性方面，將信號(hào)分為可靠信號(hào)與不可靠信號(hào)；二是從實(shí)時(shí)性方面，將信號(hào)分為實(shí)時(shí)信號(hào)與非實(shí)時(shí)信號(hào)。

在 Linux 系統(tǒng)下使用"kill -l"命令可查看到所有信號(hào)，如下所示：

圖中，信號(hào)編號(hào)在1到31之間的信號(hào)被定義為不可靠信號(hào)（非實(shí)時(shí)信號(hào)）。這些信號(hào)主要繼承自早期的UNIX系統(tǒng)，使用了最初設(shè)計(jì)的簡單信號(hào)機(jī)制。在這種機(jī)制中，如果一個(gè)信號(hào)在進(jìn)程處理另一個(gè)相同信號(hào)時(shí)到達(dá)，該信號(hào)可能會(huì)被丟失，從而導(dǎo)致進(jìn)程錯(cuò)過某些事件。信號(hào)編號(hào)在34到64之間的信號(hào)被定義為可靠信號(hào)（實(shí)時(shí)信號(hào)）。與不可靠信號(hào)不同，可靠信號(hào)支持排隊(duì)處理，即使多個(gè)相同信號(hào)在處理過程中到達(dá)，它們也不會(huì)被丟失，而是按照到達(dá)順序依次處理。

值得注意的是，可靠信號(hào)（實(shí)時(shí)信號(hào)）并沒有像不可靠信號(hào)那樣的具體名稱，而是采用了相對編號(hào)的方式來表示。這些信號(hào)使用SIGRTMIN+N或SIGRTMAX-N的形式進(jìn)行表示，其中：

• SIGRTMIN是可靠信號(hào)（實(shí)時(shí)信號(hào)）的最小編號(hào)，通常為34。

• SIGRTMAX是可靠信號(hào)（實(shí)時(shí)信號(hào)）的最大編號(hào)，通常為64。

因此，SIGRTMIN+1代表編號(hào)為35的可靠信號(hào)（實(shí)時(shí)信號(hào)），SIGRTMAX-1代表編號(hào)為63的可靠信號(hào)（實(shí)時(shí)信號(hào)）。

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不可靠信號(hào)與可靠信號(hào)

1.1、不可靠信號(hào)

早期UNIX系統(tǒng)中的信號(hào)機(jī)制被稱為不可靠信號(hào)，Linux的信號(hào)機(jī)制基本上繼承自早期UNIX系統(tǒng)。所以信號(hào)機(jī)制設(shè)計(jì)相對簡單，雖然實(shí)現(xiàn)了基本的進(jìn)程間通信功能，但在實(shí)際應(yīng)用中暴露出一些顯著問題。

其主要問題包括：

• 信號(hào)處理后恢復(fù)默認(rèn)行為
  在早期的UNIX中，進(jìn)程每次處理完信號(hào)后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將該信號(hào)的處理方式恢復(fù)為默認(rèn)操作。

  這意味著，如果用戶希望持續(xù)使用自定義的信號(hào)處理函數(shù)，就需要在信號(hào)處理函數(shù)的末尾再次調(diào)用signal()函數(shù)重新綁定處理函數(shù)。

  這種機(jī)制增加了編程的復(fù)雜性，并且容易導(dǎo)致程序員在忽略這個(gè)步驟時(shí)發(fā)生錯(cuò)誤。

• 信號(hào)可能丟失
  另一個(gè)更嚴(yán)重的問題是不可靠信號(hào)可能會(huì)丟失。

  當(dāng)進(jìn)程正在處理一個(gè)信號(hào)時(shí)，如果相同類型的另一個(gè)信號(hào)到達(dá)，第二個(gè)信號(hào)可能會(huì)被直接丟棄，導(dǎo)致進(jìn)程錯(cuò)過了重要的事件。

  這在關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用中尤其危險(xiǎn)。

雖然Linux仍然支持不可靠信號(hào)機(jī)制，但對其進(jìn)行了改進(jìn)。Linux修復(fù)了在信號(hào)處理函數(shù)執(zhí)行后必須手動(dòng)重新綁定處理函數(shù)的問題。在現(xiàn)代Linux系統(tǒng)中，一旦信號(hào)處理函數(shù)被綁定，除非顯式更改，否則它將一直保持有效。

然而，信號(hào)丟失問題仍然存在。這意味著，在處理不可靠信號(hào)時(shí)，如果在信號(hào)處理期間有相同信號(hào)再次到達(dá)，該信號(hào)可能無法被捕獲。

1.2、可靠信號(hào)

為了克服不可靠信號(hào)的缺陷，Linux引入了可靠信號(hào)機(jī)制?？煽啃盘?hào)支持排隊(duì)，即使進(jìn)程在處理某個(gè)信號(hào)時(shí)有新的信號(hào)到達(dá)，這些信號(hào)也不會(huì)丟失，而是被加入隊(duì)列，待當(dāng)前信號(hào)處理完成后再依次處理。

Linux還引入了新的信號(hào)發(fā)送函數(shù)sigqueue()和信號(hào)綁定函數(shù)sigaction()，進(jìn)一步增強(qiáng)了信號(hào)處理的靈活性和可靠性。sigqueue()不僅可以發(fā)送信號(hào)，還可以附帶一個(gè)整數(shù)值或指針，傳遞額外的信息。sigaction()則允許更精細(xì)地控制信號(hào)的行為，替代了傳統(tǒng)的signal()函數(shù)。

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實(shí)時(shí)信號(hào)和非實(shí)時(shí)信號(hào)

Linux信號(hào)的另一種分類方式是根據(jù)實(shí)時(shí)性來區(qū)分為實(shí)時(shí)信號(hào)與非實(shí)時(shí)信號(hào)。

2.1、非實(shí)時(shí)信號(hào)

非實(shí)時(shí)信號(hào)指的是傳統(tǒng)的、不支持排隊(duì)的信號(hào)。這類信號(hào)在早期的UNIX系統(tǒng)中得以引入，信號(hào)編號(hào)一般在1到31之間。這些信號(hào)在處理時(shí)沒有嚴(yán)格的順序保證，并且如果在處理某個(gè)信號(hào)時(shí)有相同類型的新信號(hào)到達(dá)，后者可能會(huì)被忽略或丟失。因此，這類信號(hào)被稱為不可靠信號(hào)。

2.2、實(shí)時(shí)信號(hào)

實(shí)時(shí)信號(hào)是為了解決非實(shí)時(shí)信號(hào)在處理可靠性方面的不足而引入的。實(shí)時(shí)信號(hào)的一個(gè)顯著特點(diǎn)是它們支持排隊(duì)，即使在處理某個(gè)信號(hào)期間有新的相同類型的信號(hào)到達(dá)，這些信號(hào)也不會(huì)被丟棄，而是按照到達(dá)的順序依次處理。這樣，實(shí)時(shí)信號(hào)保證了多個(gè)信號(hào)都能被正確接收和處理，因此它們被稱為可靠信號(hào)。

在實(shí)際編程中，開發(fā)者應(yīng)當(dāng)根據(jù)應(yīng)用需求選擇合適的信號(hào)類型。對于簡單的進(jìn)程間通信或用戶交互，標(biāo)準(zhǔn)的非實(shí)時(shí)信號(hào)可能已經(jīng)足夠。而對于需要保證信號(hào)處理順序且不能丟失的重要任務(wù)，使用可靠信號(hào)或?qū)崟r(shí)信號(hào)是更好的選擇。