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python中對信號的處理詳解

什么是信號

信號（signal）-- 進程間通訊的一種方式，也可作為一種軟件中斷的方法。一個進程一旦接收到信號就會打斷原來的程序執行來按照信號進行處理。

簡化術語，信號是一個事件，用于中斷運行功能的執行。信號始終在主Python線程中執行。對于信號，這里不做詳細介紹。

Python封裝了操作系統的信號功能的庫 singal 的庫。singal 庫可以使我們在python程序中中實現信號機制。

Python的信號處理

首先需要了解Python為什么要提供 signal Library。信號庫使我們能夠使用信號處理程序，以便當接收信號時都可以執行自定義任務。

Mission：當接收到信號時執行信號處理方法

可以通過使用 signal.singal() 函數來實現此功能

Python對信號的處理

通常情況下Python 信號處理程序總是會在主 Python 主解析器的主線程中執行，即使信號是在另一個線程中接收的。這意味著信號不能被用作線程間通信的手段。你可以改用 threading 模塊中的同步原語。

Python信號處理流程，需要對信號處理程序（signal handling ）簡要說明。signal handling 是一個任務或程序，當檢測到特定信號時，處理函數需要兩個參數，即信號id signal number （Linux 中 1-64），與堆棧幀 frame。通過相應信號啟動對應 signal handling ，signal.signal() 將為信號分配處理函數。

如：當運行一個腳本時，取消，此時是捕獲到一個信號，可以通過捕獲信號方式對程序進行異步的優雅處理。通過將信號處理程序注冊到應用程序中：

import signal  
import time 

def handler(a, b):  # 定義一個signal handling
    print("Signal Number:", a, " Frame: ", b)  
  
signal.signal(signal.SIGINT, handler)  # 將handle分配給對應信號
  
while True:  
    print("Press ctrl + c")
    time.sleep(10)

如果不對對應信號進行捕獲處理時，python將會拋出異常。

root@Seal:/mnt/d/pywork/signal# python signal.py
^CTraceback (most recent call last):
  File "signal.py", line 3, in module>
    while True:
KeyboardInterrupt

信號枚舉

信號的表現為一個int，Python的信號庫有對應的信號枚舉成員

其中常用的一般有，

SIGINT control+c

SIGTERM 終止進程軟件終止信號

SIGKILL 終止進程殺死進程

SIGALRM 超時

信號	說明
SIG_DFL
SIG_IGN	標準信號處理程序，它將簡單地忽略給定的信號
SIGABRT SIGIOT	來自 abort 的中止信號。 abort 導致異常進程終止。通常由檢測內部錯誤或嚴重破壞約束的庫函數調用。例如，如果堆的內部結構被堆溢出損壞， malloc() 將調用 abort()
SIGALRM SIGVTALRM SIGPROF	如果你用 setitimer 這一類的報警設置函數設置了一個時限，到達時限時進程會接收到 SIGALRM, SIGVTALRM 或者 SIGPROF。但是這三個信號量的含義各有不同，SIGALRM 計時的是真實時間，SIGVTALRM計時的是進程使用了多少CPU時間，而 SIGPROF 計時的是進程和代表該進程的內核用了多少時間。
SIGBUS	總線發生錯誤時，進程接收到一個SIGBUS信號。舉例來說，存儲器訪問對齊或者或不存在對應的物理地址都會產生SIGBUS信號。
SIGCHLD	當子進程終止、被中斷或被中斷后恢復時，SIGCHLD信號被發送到進程。該信號的一個常見用法是指示操作系統在子進程終止后清理其使用的資源，而不顯式調用等待系統調用。
SIGILL	非法指令。當進程試圖執行非法、格式錯誤、未知或特權指令時，SIGILL信號被發送到該進程。
SIGKILL	發送SIGKILL信號到一個進程可以使其立即終止(KILL)。與SIGTERM和SIGINT相不同的是，這個信號不能被捕獲或忽略，接收過程在接收到這個信號時不能執行任何清理。以下例外情況適用:
SIGINT	來自鍵盤的中斷 (CTRL + C)。 KeyboardInterrupt
SIGPIPE	當一個進程試圖寫入一個沒有連接到另一端進程的管道時，SIGPIPE信號會被發送到該進程。
SIGTERM	終結信號。 KILL -15 \|KILL
SIGUSR1 SIGUSR2	用戶自定義信號
SIGWINCH	終端窗口大小已變化
SIGHUP	在控制終端上檢測到掛起或控制進程的終止。

Reference：[signal-wikipedia](

信號函數

Python的信號庫中也有很多常用的函數

signal.alarm(time)

創建一個 SIGALRM 類型的信號，time為預定的時間，設置為0時取消先前設置的定時器

signal.pause()

可以使代碼邏輯處理過程睡眠，直到收到信號，然后調用對應的handler。

import signal
import os
import time

def do_exit(sig, stack):
    raise SystemExit('Exiting')

signal.signal(signal.SIGINT, signal.SIG_IGN)
signal.signal(signal.SIGUSR1, do_exit)

print('My PID:', os.getpid())

signal.pause()

在執行時，忽略了ctrl + c的信號，對USR1做退出操作

signal.setitimer(which, seconds, interval)

which： signal.ITIMER_REAL，signal.ITIMER_VIRTUAL 或 signal.ITIMER_PROF

seconds：多少秒后觸發which。seconds設置為0可以清除which的計時器。

interval：每隔interval秒后觸發一次

os.getpid()

獲得當前執行程序的pid

Windows下信號的使用

在Linux中，可以通過任何可接受的信號枚舉值作為信號函數的參數。在Windows中，SIGABRT, SIGFPE, SIGINT, SIGILL, SIGSEGV, SIGTERM, SIGBREAK。

當signal handling需要參數怎么辦

在一些時候，signal handling的操作需要對應主進程傳遞進來一些函數，而在整個項目中執行過程中的變量與 signal handling不處于一個作用域中，而signal.signal() 不能傳遞其他的參數，這個時候可以使用 partial 創建一個閉包來解決這個問題。

例如：

import signal
import os
import sys
import time

from functools import partial

"""
這里signal frame默認參數需要放到最后
"""
def signal_handler(test_parameter1, test_parameter2, signal_num, frame):
    print "signal {} exit. {} {}".format(signal_num, test_parameter1, test_parameter2)
    sys.exit(1)


a=1
b=2
signal.signal(signal.SIGINT, partial(signal_handler, a, b) )
print('My PID:', os.getpid())

signal.pause()

忽略信號

signal定義了忽略接收信號的方法。為了實現信號的處理，需要使用signal.signal() 將默認的信號與signal.SIG_IGN 注冊，即可忽略對應的信號中斷，kill -9 不可忽略。

import signal
import os
import time

def receiveSignal(signalNumber, frame):
    print('Received:', signalNumber)
    raise SystemExit('Exiting')
    return

if __name__ == '__main__':
    # register the signal to be caught
    signal.signal(signal.SIGUSR1, receiveSignal)

    # register the signal to be ignored
    signal.signal(signal.SIGINT, signal.SIG_IGN)

    # output current process id
    print('My PID is:', os.getpid())

    signal.pause()

常用的信號

import signal
import os
import time
import sys

def readConfiguration(signalNumber, frame):
    print ('(SIGHUP) reading configuration')
    return

def terminateProcess(signalNumber, frame):
    print ('(SIGTERM) terminating the process')
    sys.exit()

def receiveSignal(signalNumber, frame):
    print('Received:', signalNumber)
    return
 
    signal.signal(signal.SIGHUP, readConfiguration)
    signal.signal(signal.SIGINT, receiveSignal)
    signal.signal(signal.SIGQUIT, receiveSignal)
    signal.signal(signal.SIGILL, receiveSignal)
    signal.signal(signal.SIGTRAP, receiveSignal)
    signal.signal(signal.SIGABRT, receiveSignal)
    signal.signal(signal.SIGBUS, receiveSignal)
    signal.signal(signal.SIGFPE, receiveSignal)
    #signal.signal(signal.SIGKILL, receiveSignal)
    signal.signal(signal.SIGUSR1, receiveSignal)
    signal.signal(signal.SIGSEGV, receiveSignal)
    signal.signal(signal.SIGUSR2, receiveSignal)
    signal.signal(signal.SIGPIPE, receiveSignal)
    signal.signal(signal.SIGALRM, receiveSignal)
    signal.signal(signal.SIGTERM, terminateProcess)