Python进程间异步通信之signal模块

信号是Unix系统中常见的一种进程间通信方式(IPC),例如我们经常操作的 kill -9 pid 这里的 -9对应的就是 SIGKILL 信号, 9就是这个信号的编号,SIGKILL是它的名称。 由于不同版本的 nux 的实现会有差异,具体请参照系统API,我这里是OSX,可以使用 man signal查看所有信号的定义。这里*简单的学习下Python标准库中信号处理的模块 signal模块.

信号是啥?

由于signal是系统编程的接口,那么咱们来看看他的概念。

信号(signal)是Linux进程间通信的一种机制,全称为软中断信号,也被称为软中断。信号本质上是在软件层次上对硬件中断机制的一种模拟。

再来看看常用的场景

与其他进程间通信方式(例如管道、共享内存等)相比,信号所能传递的信息比较粗糙,只是一个整数。但正是由于传递的信息量少,信号也便于管理和使用,可以用于系统管理相关的任务,例如通知进程终结、中止或者恢复等。每种信号用一个整型常量宏表示,以SIG开头,比如SIGCHLD、SIGINT等,它们在系统头文件中定义。

更具体的介绍和详细的机制原理,请参考 《Unix环境高级编程》等书籍。

自己的理解就是:可以给一个正在运行的进程发送不同的信号,然后进程就能立即收到这个通知,并且做出响应的行为。

常用的几个信号

编号 名称 作用
1 SIGHUP 终端挂起或者终止进程。默认动作为终止进程
2 SIGINT 键盘中断 <ctrl+c> 经常会用到。默认动作为终止进程
3 SIGQUIT 键盘退出键被按下。一般用来响应 <ctrl+d>。 默认动作终止进程
9 SIGKILL 强制退出。 shell中经常使用
14 SIGALRM 定时器超时,默认为终止进程
15 SIGTERM 程序结束信号,程序一般会清理完状态在退出,我们一般说的优雅的退出

signal模块

文档的开头,讲述了Python signal对于系统的封装和一些使用常识, 使用之前应当认真阅读一下。

常用的API

  • signal.signal(signalnum, handler) 针对不同的信号需要定义对应的处理函数,当运行中的程序接受到对应的信号时候,会调用对应的handler。 handler函数应当有2个参数,一个是 signalnum, 另一是 stack frame(None 或者是 frame对象)

例如写一个小程序,来处理 ctrl+c事件和 SIGHUP,也就是1和2信号。

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#coding:utf-8
#orangleliu py2.7
#recv_signal.py

import signal
import time
import sys
import os

def handle_int(sig, frame):
print "get signal: %s, I will quit"%sig
sys.exit(0)

def handle_hup(sig, frame):
print "get signal: %s"%sig


if __name__ == "__main__":
signal.signal(2, handle_int)
signal.signal(1, handle_hup)
print "My pid is %s"%os.getpid()
while True:
time.sleep(3)

我们来测试下,首先启动程序(根据打印的pid),在另外的窗口输入 kill -1 21838kill -HUP 21838, 最后使用 ctrl+c关闭程序。 程序的输出如下:

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# python recv_signal.py
My pid is 21838
get signal: 1
get signal: 1
^Cget signal: 2, I will quit
  • signal.getsignal(signalnum) 根据signalnum返回信号对应的handler,可能是一个可以调用的Python对象,或者是 signal.SIG_IGN(表示被忽略), signal.SIG_DFL(默认行为已经被使用) 或 None(Python的handler还没被定义)。

获取signal中定义的信号num和名称,还有它的handler是什么

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#coding:utf-8
#orangleliu py2.7
#getsignal_handler.py

import signal

def handle_hup(sig, frame):
print "get signal: %s"%sig

signal.signal(1, handle_hup)

if __name__ == "__main__":

ign = signal.SIG_IGN
dfl = signal.SIG_DFL
print "SIG_IGN", ign
print "SIG_DFL", dfl
print "*"*40

for name in dir(signal):
if name[:3] == "SIG" and name[3] != "_":
signum = getattr(signal, name)
gsig = signal.getsignal(signum)

print name, signum, gsig

运行的结果:可以看到大部分信号都是都有默认的行为。

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SIG_IGN 1
SIG_DFL 0
****************************************
SIGABRT 6 0
SIGALRM 14 0
SIGBUS 10 0
SIGCHLD 20 0
SIGCONT 19 0
SIGEMT 7 0
SIGFPE 8 0
SIGHUP 1 <function handle_hup at 0x109371c80>
SIGILL 4 0
SIGINFO 29 0
SIGINT 2 <built-in function default_int_handler>
SIGIO 23 0
SIGIOT 6 0
SIGKILL 9 None
SIGPIPE 13 1
SIGPROF 27 0
SIGQUIT 3 0
SIGSEGV 11 0
SIGSTOP 17 None
SIGSYS 12 0
SIGTERM 15 0
SIGTRAP 5 0
SIGTSTP 18 0
SIGTTIN 21 0
SIGTTOU 22 0
SIGURG 16 0
SIGUSR1 30 0
SIGUSR2 31 0
SIGVTALRM 26 0
SIGWINCH 28 0
SIGXCPU 24 0
SIGXFSZ 25 1
  • 多线程使用信号
    多线程环境下使用信号,只有main thread可以设置signal的handler,也有它能接收到signal. 下面用一个例子看看效果。
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#coding:utf-8
#orangleliu py2.7
#thread_signal.py

import signal
import threading
import os
import time

def usr1_handler(num, frame):
print "received signal %s %s"%(num, threading.currentThread())

signal.signal(signal.SIGUSR1, usr1_handler)

def thread_get_signal():
#如果在子线程中设置signal的handler 会报错
#ValueError: signal only works in main thread
#signal.signal(signal.SIGUSR2, usr1_handler)

print "waiting for signal in", threading.currentThread()
#sleep 进程直到接收到信号
signal.pause()
print "waiting done"

receiver = threading.Thread(target=thread_get_signal, name="receiver")
receiver.start()
time.sleep(0.1)

def send_signal():
print "sending signal in ", threading.currentThread()
os.kill(os.getpid(), signal.SIGUSR1)

sender = threading.Thread(target=send_signal, name="sender")
sender.start()
sender.join()

print 'pid', os.getpid()
#这里是为了让程序结束,唤醒pause
signal.alarm(2)
receiver.join()

测试结果

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# python thread_signal.py
waiting for signal in <Thread(receiver, started 123145306509312)>
sending signal in <Thread(sender, started 123145310715904)>
received signal 30 <_MainThread(MainThread, started 140735138967552)>
pid 23188
[1] 23188 alarm python thread_signal.py
  • 多进程使用信号

主要是模拟下pre-fork模式,代码比较长,另写一篇来说明 [Python 中pre-fork模式的简单实现]

参考