fork, pthread, and signals的基本用法

在UNIX程式設計中，學會fork及signal的運用，算是相當基本的功夫。 fork()及signal經常運用在daemonGuard這一類常駐程式，另外像a4c.tty/yact/chdrv這些中文終端機程式也有用到，一般如Mozilla/Apache/Squid等大程式幾乎都一定會用到。

雖然在UNIX下的程式寫作，對thread的功能需求並非很大，但thread在現代的作業系統中，幾乎都已經存在了。pthread是Linux上的thread函數庫，如果您要在Linux下撰寫多線程式，例如MP3播放程式，熟悉pthread的用法是必要的。pthread及signal都可以用一大章來討論。在這裏，我只談及最簡單及常用的技巧，當您熟悉這些基本技巧的運用後，再找一些專門深入探討pthread及signal程式寫作的書籍來研究。這些進階的寫法，用到的機會較少，將層次分明，學習速度應該會比較快。



程式分歧fork()


fork()會産生一個與父程式相同的副程式，唯一不同之處在於其process id(pid)。

如果我們要撰寫Guard程式，或是例如網路伺服器，需要多個行程來同時提供多個連線，可以利用fork()來産生多個相同的行程。


函數宣告

pid_t fork(void);
pid_t vfork(void);

返回值:

-1 : 失敗。
0 : 副程式。
>0 : 將副程式的process id傳回給父程式。


在Linux下fork()及vfork()是相同的東西。


範例一: fork.c

在這個範例中，我們示範fork()的標準用法。

#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
#include "unistd.h"

void main(void)
{
pid_t pid;
printf("hello\n");
pid = fork();
switch (pid) {
case -1: printf("failure!\n"); break;
case 0: printf("I am child!\n"); break;
default: printf("my child is %d\n",pid); break;
}
for (;;) { /* do something here */ }

}


編譯:

gcc -o ex1 fork.c

執行結果:

./ex1 &

hello

my child is 8650

I am child!

我們可以見到，使用fork()，可將一個程式分岐成兩個。在分歧之前的程式碼只執行一次。


檢驗行程:


ps | grep ex1


8649 p0 R 0:40 ./ex1

8650 p0 R 0:40 ./ex1


8649是父程式的pid，8650則爲副程式的pid。
您會需要用到"killall ex1"來殺掉兩個行程。


範例二: daemon.c


在UNIX中，我們一般都利用fork()，來實作所謂的"Guard程式"，也就是DOS中所謂的"常駐程式"。一般的技巧是將父程式結束，而副程式便成爲"Guard"。 這個範例中，示範一般標準daemon寫法。


#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
#include "unistd.h"

void main(void)
{

pid_t pid;
pid = fork();
if (pid>0) {
printf("daemon on duty!\n");
exit(0);
} else
if (pid<0)>

編譯:

gcc -o ex2 daemon.c

執行結果:

./ex2

daemon on duty!

I am the daemon!

接下來每三秒鐘，都會出現一個"I am the daemon!"的訊息，這表示您的程式已經"長駐"在系統中了。

檢驗行程:

ps | grep ex2

8753 p0 S 0:00 ./ex2

注意到在範例一中，我們下的指令爲"./ex1 &"，而在範例二中爲"./ex2"，沒有"&"符號。


範例三: lock.c


許多的時候，我們希望"Guard"在系統中只有一個，這時候會需要用到pid lock的技巧。如果您注意到/var/run目錄中的內容，您會發現到有許多的*.pid檔，觀看其內容都是一些數位，這些數位其實就是該行程的pid。


#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
#include "unistd.h"

void main(void)
{
FILE *fp;
pid_t pid;

exit(-1);
}

act.sa_handler = quit;
act.sa_flags = 0;
sigemptyset(&act.sa_mask);
sigaction(SIGTERM,&act,NULL);
sigaction(SIGHUP,&act,NULL);
sigaction(SIGINT,&act,NULL);
sigaction(SIGQUIT,&act,NULL);
sigaction(SIGUSR1,&act,NULL);
sigaction(SIGUSR2,&act,NULL);

for (;;) {sleep(3);}

}

編譯:

gcc -o ex1 lock.c

執行

./ex1

daemon on duty!

送信號


我們先找出該Guard程式的pid

PID=`cat /var/run/lock.pid`

接下來利用kill來送信號

kill $PID

Receive signal 15


程式將會結束，並且/var/run/lock.pid將會被刪除掉，以便下一次daemon再啓動。注意到如果quit函數內，沒有放exit()，程式 將永遠殺不掉。


接下來送一些其他的信號試試看。

./ex1

PID=`cat /var/run/lock.pid`

kill -HUP $PID


Receive signal 1


您可以自行試試

kill -INT $PID

kill -QUIT $PID

kill -ILL $PID
.
.
.

等等這些信號，看看他們的結果如何。

信號的定義

在/usr/include/signum.h中有各種信號的定義

#define SIGHUP 1 /* Hangup (POSIX). */

#define SIGINT 2 /* Interrupt (ANSI). */

#define SIGQUIT 3 /* Quit (POSIX). */

#define SIGILL 4 /* Illegal instruction (ANSI). */

#define SIGTRAP 5 /* Trace trap (POSIX). */

#define SIGABRT 6 /* Abort (ANSI). */

#define SIGIOT 6 /* IOT trap (4.2 BSD). */

#define SIGBUS 7 /* BUS error (4.2 BSD). */

#define SIGFPE 8 /* Floating-point exception (ANSI). */

#define SIGKILL 9 /* Kill, unblockable (POSIX). */

#define SIGUSR1 10 /* User-defined signal 1 (POSIX). */

#define SIGSEGV 11 /* Segmentation violation (ANSI). */

#define SIGUSR2 12 /* User-defined signal 2 (POSIX). */

#define SIGPIPE 13 /* Broken pipe (POSIX). */

#define SIGALRM 14 /* Alarm clock (POSIX). */

#define SIGTERM 15 /* Termination (ANSI). */

#define SIGSTKFLT 16 /* ??? */

#define SIGCLD SIGCHLD /* Same as SIGCHLD (System V). */

#define SIGCHLD 17 /* Child status has changed (POSIX). */

#define SIGCONT 18 /* Continue (POSIX). */

#define SIGSTOP 19 /* Stop, unblockable (POSIX). */

#define SIGTSTP 20 /* Keyboard stop (POSIX). */

#define SIGTTIN 21 /* Background read from tty (POSIX). */

#define SIGTTOU 22 /* Background write to tty (POSIX). */

#define SIGURG 23 /* Urgent condition on socket (4.2 BSD). */

#define SIGXCPU 24 /* CPU limit exceeded (4.2 BSD). */

#define SIGXFSZ 25 /* File size limit exceeded (4.2 BSD). */

#define SIGVTALRM 26 /* Virtual alarm clock (4.2 BSD). */

#define SIGPROF 27 /* Profiling alarm clock (4.2 BSD). */

#define SIGWINCH 28 /* Window size change (4.3 BSD, Sun).*/

#define SIGPOLL SIGIO /* Pollable event occurred (System V). */

#define SIGIO 29 /* I/O now possible (4.2 BSD). */

#define SIGPWR 30 /* Power failure restart (System V). */

#define SIGUNUSED 31


函數宣告:

Signal Operators

int sigemptyset(sigset_t *set);

int sigfillset(sigset_t *set);

int sigaddset(sigset_t *set, int signum);

int sigdelset(sigset_t *set, int signum);

int sigismember(const sigset_t *set, int signum);


Signal Handling Functions


int sigaction(int signum, const struct sigaction *act,struct sigaction *oldact);

int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t*oldset);

int sigpending(sigset_t *set);

int sigsuspend(const sigset_t *mask);


Structure Signal Action

struct sigaction {
void (*sa_handler)(int);
sigset_t sa_mask;
int sa_flags;
void (*sa_restorer)(void);
}