嵌入式Linux：信號分類(lèi)

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

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

圖中，信號編號在1到31之間的信號被定義為不可靠信號（非實(shí)時(shí)信號）。這些信號主要繼承自早期的UNIX系統，使用了最初設計的簡(jiǎn)單信號機制。在這種機制中，如果一個(gè)信號在進(jìn)程處理另一個(gè)相同信號時(shí)到達，該信號可能會(huì )被丟失，從而導致進(jìn)程錯過(guò)某些事件。信號編號在34到64之間的信號被定義為可靠信號（實(shí)時(shí)信號）。與不可靠信號不同，可靠信號支持排隊處理，即使多個(gè)相同信號在處理過(guò)程中到達，它們也不會(huì )被丟失，而是按照到達順序依次處理。

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

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

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

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

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不可靠信號與可靠信號

1.1、不可靠信號

早期UNIX系統中的信號機制被稱(chēng)為不可靠信號，Linux的信號機制基本上繼承自早期UNIX系統。所以信號機制設計相對簡(jiǎn)單，雖然實(shí)現了基本的進(jìn)程間通信功能，但在實(shí)際應用中暴露出一些顯著(zhù)問(wèn)題。

其主要問(wèn)題包括：

• 信號處理后恢復默認行為
  在早期的UNIX中，進(jìn)程每次處理完信號后，系統會(huì )自動(dòng)將該信號的處理方式恢復為默認操作。

  這意味著(zhù)，如果用戶(hù)希望持續使用自定義的信號處理函數，就需要在信號處理函數的末尾再次調用signal()函數重新綁定處理函數。

  這種機制增加了編程的復雜性，并且容易導致程序員在忽略這個(gè)步驟時(shí)發(fā)生錯誤。

• 信號可能丟失
  另一個(gè)更嚴重的問(wèn)題是不可靠信號可能會(huì )丟失。

  當進(jìn)程正在處理一個(gè)信號時(shí)，如果相同類(lèi)型的另一個(gè)信號到達，第二個(gè)信號可能會(huì )被直接丟棄，導致進(jìn)程錯過(guò)了重要的事件。

  這在關(guān)鍵任務(wù)應用中尤其危險。

雖然Linux仍然支持不可靠信號機制，但對其進(jìn)行了改進(jìn)。Linux修復了在信號處理函數執行后必須手動(dòng)重新綁定處理函數的問(wèn)題。在現代Linux系統中，一旦信號處理函數被綁定，除非顯式更改，否則它將一直保持有效。

然而，信號丟失問(wèn)題仍然存在。這意味著(zhù)，在處理不可靠信號時(shí)，如果在信號處理期間有相同信號再次到達，該信號可能無(wú)法被捕獲。

1.2、可靠信號

為了克服不可靠信號的缺陷，Linux引入了可靠信號機制?？煽啃盘栔С峙抨?，即使進(jìn)程在處理某個(gè)信號時(shí)有新的信號到達，這些信號也不會(huì )丟失，而是被加入隊列，待當前信號處理完成后再依次處理。

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

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實(shí)時(shí)信號和非實(shí)時(shí)信號

Linux信號的另一種分類(lèi)方式是根據實(shí)時(shí)性來(lái)區分為實(shí)時(shí)信號與非實(shí)時(shí)信號。

2.1、非實(shí)時(shí)信號

非實(shí)時(shí)信號指的是傳統的、不支持排隊的信號。這類(lèi)信號在早期的UNIX系統中得以引入，信號編號一般在1到31之間。這些信號在處理時(shí)沒(méi)有嚴格的順序保證，并且如果在處理某個(gè)信號時(shí)有相同類(lèi)型的新信號到達，后者可能會(huì )被忽略或丟失。因此，這類(lèi)信號被稱(chēng)為不可靠信號。

2.2、實(shí)時(shí)信號

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

在實(shí)際編程中，開(kāi)發(fā)者應當根據應用需求選擇合適的信號類(lèi)型。對于簡(jiǎn)單的進(jìn)程間通信或用戶(hù)交互，標準的非實(shí)時(shí)信號可能已經(jīng)足夠。而對于需要保證信號處理順序且不能丟失的重要任務(wù)，使用可靠信號或實(shí)時(shí)信號是更好的選擇。