每日一模块-signal
一、信号是什么，有什么作用？
1. 信号简介
连接Linux都知道，Linux以进程为单位来执行程序。我们可以将计算机看作一个大楼，内核(kernel)是大楼的管理员，进程是大楼的房客。每个进程拥有一个独立的房间(属于进程的内存空间)，而每个房间都是不允许该进程之外的人进入。这样，每个进程都只专注于自己干的事情，而不考虑其他进程，同时也不让别的进程看到自己的房间内部。这对于每个进程来说是一种保护机制。(想像一下几百个进程总是要干涉对方，那会有多么混乱，或者几百个进程相互偷窥……)
然而，在一些情况，我们需要打破封闭的房间，以便和进程交流信息。比如说，内核发现有一个进程在砸墙(硬件错误)，需要让进程意识到这样继续下去会毁了整个大楼。再比如说，我们想让多个进程之间合作。这样，我们就需要一定的通信方式。信号(signal)就是一种向进程传递信息的方式。我们可以将信号想象成大楼的管理员往房间的信箱里塞小纸条。随后进程取出小纸条，会根据纸条上的内容来采取一定的行动，比如灯坏了，提醒进程使用手电。(当然，也可以完全无视这张纸条，然而在失火这样紧急的状况下，无视信号不是个好的选择)。相对于其他的进程间通信方式(interprocess communication， 比如说pipe, shared memory)来说，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。信号因此被经常地用于系统管理相关的任务，比如通知进程终结、中止或者恢复等等。
信号是由内核(kernel)管理的。信号的产生方式多种多样，它可以是内核自身产生的，比如出现硬件错误(比如出现分母为0的除法运算，或者出现segmentation fault)，内核需要通知某一进程；也可以是其它进程产生的，发送给内核，再由内核传递给目标进程。内核中针对每一个进程都有一个表存储相关信息(房间的信箱)。当内核需要将信号传递给某个进程时，就在该进程相对应的表中的适当位置写入信号(塞入纸条)，这样，就生成(generate)了信号。当该进程执行系统调用时，在系统调用完成后退出内核时，都会顺便查看信箱里的信息。如果有信号，进程会执行对应该信号的操作(signal action, 也叫做信号处理signal disposition)，此时叫做执行(deliver)信号。从信号的生成到信号的传递的时间，信号处于等待(pending)状态(纸条还没有被查看)。我们同样可以设计程序，让其生成的进程阻塞(block)某些信号，也就是让这些信号始终处于等待的状态，直到进程取消阻塞(unblock)或者无视信号。
2. 常见的信号
信号所传递的每一个整数都被赋予了特殊的意义，并有一个信号名对应该整数。常见的信号有SIGINT, SIGQUIT, SIGCONT, SIGTSTP, SIGALRM等。这些都是信号的名字。你可以通过
$man 7 signal
NAME
signal - 有效信号的清单
描述 (DESCRIPTION)
下面 列出 Linux 支持的 信号. 某些 信号 依赖于 体系结构(architecture).
首先, POSIX.1 描述了 下列 信号.
信号 值 动作 说明
─────────────────────────────────────────────────────────────────────
SIGHUP 1 A 在控制终端上是挂起信号, 或者控制进程结束
SIGINT 2 A 从键盘输入的中断
SIGQUIT 3 C 从键盘输入的退出
SIGILL 4 C 无效硬件指令
SIGABRT 6 C 非正常终止, 可能来自 abort(3)
SIGFPE 8 C 浮点运算例外
SIGKILL 9 AEF 杀死进程信号
SIGSEGV 11 C 无效的内存引用
SIGPIPE 13 A 管道中止: 写入无人读取的管道
SIGALRM 14 A 来自 alarm(2) 的超时信号
SIGTERM 15 A 终止信号
SIGUSR1 30,10,16 A 用户定义的信号 1
SIGUSR2 31,12,17 A 用户定义的信号 2
SIGCHLD 20,17,18 B 子进程结束或停止
SIGCONT 19,18,25 继续停止的进程
SIGSTOP 17,19,23 DEF 停止进程
SIGTSTP 18,20,24 D 终端上发出的停止信号
SIGTTIN 21,21,26 D 后台进程试图从控制终端(tty)输入
SIGTTOU 22,22,27 D 后台进程试图在控制终端(tty)输出
来查阅更多的信号。
上面几个信号中，
SIGINT 当键盘按下CTRL+C从shell中发出信号，信号被传递给shell中前台运行的进程，对应该信号的默认操作是中断 (INTERRUPT) 该进程。
SIGQUIT 当键盘按下CTRL+\从shell中发出信号，信号被传递给shell中前台运行的进程，对应该信号的默认操作是退出 (QUIT) 该进程。
SIGTSTP 当键盘按下CTRL+Z从shell中发出信号，信号被传递给shell中前台运行的进程，对应该信号的默认操作是暂停 (STOP) 该进程。
SIGCONT 用于通知暂停的进程继续。
SIGALRM 起到定时器的作用，通常是程序在一定的时间之后才生成该信号。
3. 在shell中使用信号
下面我们实际应用一下信号。我们在shell中运行ping：
$ping localhost
#此时我们可以通过CTRL+Z来将SIGTSTP传递给该进程。shell中显示：
[1]+ 已停止 ping localhost
我们使用$ps来查询ping进程的PID (PID是ping进程的房间号), 在我的机器中为27397
我们可以在shell中通过$kill命令来向某个进程发出信号:
$kill -SIGCONT 27397
来传递SIGCONT信号给ping进程。
4. 信号处理 (signal disposition)
在上面的例子中，所有的信号都采取了对应信号的默认操作。但这并不绝对。当进程决定执行信号的时候，有下面几种可能：
-
无视(ignore)信号，信号被清除，进程本身不采取任何特殊的操作
-
默认(default)操作。每个信号对应有一定的默认操作。比如上面SIGCONT用于继续进程。
-
自定义操作。也叫做获取 (catch) 信号。执行进程中预设的对应于该信号的操作。
进程会采取哪种操作，要根据该进程的程序设计。特别是获取信号的情况，程序往往会设置一些比较长而复杂的操作(通常将这些操作放到一个函数中)。
信号常常被用于系统管理，所以它的内容相当庞杂。深入了解信号，需要一定的Linux环境编程知识。
5. 结
信号机制; generate, deliver, pending, blocking
signal action/dispositon; ignore, default action, catch signal
$kill
二、python信号的使用signal
在了解了Linux的信号基础之 后，Python标准库中的signal包就很容易学习和理解。signal包负责在Python程序内部处理信号，典型的操作包括预设信号处理函数，暂 停并等待信号，以及定时发出SIGALRM等。要注意，signal包主要是针对UNIX平台(比如Linux, MAC OS)，而Windows内核中由于对信号机制的支持不充分，所以在Windows上的Python不能发挥信号系统的功能。
信号（signal）-- 进程之间通讯的方式，是一种软件中断。一个进程一旦接收到信号就会打断原来的程序执行流程来处理信号。
1. 定义信号名
signal包定义了各个信号名及其对应的整数，比如：
import signal
print(signal.SIGABRT)
print(signal.SIG_DFL)
# 结果
6
0
# Python所用的信号名与Linux一致，可以通过$ man 7 signal 查询
2. 自定义信号处理函数
signal包的核心是使用signal.signal()函数来预设(register)信号处理函数
singnal.signal(signalnum, handler)
signalnum为某个信号，handler为该信号的处理函数
- 实例
import signal
def my_handler(signum, frame):
print("捕获到信号：{signum}:{frame}".format(signum=signum, frame=frame))
signal.signal(signal.SIGTSTP, my_handler) # 当收到停止的信号【默认暂停】
signal.pause() # 让进程暂停等待信号
print('end of signal demo')
- 实例解释
在主程序中，我们首先使用signal.signal()函数来预设信号处理函数。然后我们执行signal.pause()来让该进程暂停以等待信号， 以等待信号。当信号SIGUSR1被传递给该进程时，进程从暂停中恢复，并根据预设，执行SIGTSTP的信号处理函数myHandler()。 myHandler的两个参数一个用来识别信号(signum)，另一个用来获得信号发生时，进程栈的状况(stack frame)。这两个参数都是由signal.singnal()函数来传递的。
上面的程序可以保存在一个文件中(比如test.py)。我们使用如下方法运行:
$python test.py
以便让进程运行。当程序运行到signal.pause()的时候，进程暂停并等待信号。此时，通过按下CTRL+Z向该进程发送SIGTSTP信号。我们可以看到，进程执行了myHandle()函数, 随后返回主程序，继续执行。(当然，也可以用\(ps查询process ID, 再使用\)kill来发出信号。)
(进程并不一定要使用signal.pause()暂停以等待信号，它也可以在进行工作中接受信号，比如将上面的signal.pause()改为一个需要长时间工作的循环。)
我们可以根据自己的需要更改myHandler()中的操作，以针对不同的信号实现个性化的处理。
3. 定时发出信号让程序执行某个动作
一个有用的函数是signal.alarm()，它被用于在一定时间之后，向进程自身发送SIGALRM信号:
import signal
# Define signal handler function
def myHandler(signum, frame):
print("Now, it's the time")
exit()
# register signal.SIGALRM's handler
signal.signal(signal.SIGALRM, myHandler)
signal.alarm(5)
while True:
print('not yet')
我们这里用了一个无限循环以便让进程持续运行。在signal.alarm()执行5秒之后，进程将向自己发出SIGALRM信号，随后，信号处理函数myHandler开始执行。
4. 发送信号
signal模块只是设置某个信号执行自定义的操作，比如退出程序，而信号的来源却没法主动发出，在文中开头我们知道信号是由内核管理的，也就是说由Linux操作系统发出信号才行，因此，如果想主动发送我们自定义收到某种信号后的动作能够执行，就必须能主动发起，那么对于python来说可以通过os模块来实现
signal包的核心是设置信号处理函数。除了signal.alarm()向自身发送信号之外，并没有其他发送信号的功能。但在os包中，有类似于linux的kill命令的函数，分别为
os.kill(pid, sid)
os.killpg(pgid, sid)
分别向进程和进程组(见Linux进程关系)发送信号。sid为信号所对应的整数或者singal.SIG*。
# 获取进程id
os.getpid()
# 获取进程的父id
os.getppid()
实际上signal, pause，kill和alarm都是Linux应用编程中常见的C库函数，在这里，我们只不过是用Python语言来实现了一下。实际上，Python 的解释器是使用C语言来编写的，所以有此相似性也并不意外。此外，在Python 3.4中，signal包被增强，信号阻塞等功能被加入到该包中。我们暂时不深入到该包中。
三、生产实用
在工作中，特别是docker环境中，当我们需要更新正在运行的程序时，我们不希望停服，而是灰度升级时，docker默认会向正在运行的程序发送停止信号，当该进程任务处理完了，才会处理更新，因此此时我们需要设置当程序收到该信号时，我们需要程序停止运行，这时就需要设置信号来实现了
- 代码
import signal
import gevent
from gevent import pywsgi
from flask import Flask
from log_conf import logger
app = Flask(__name__)
def sig_handler(sig, frame):
logger.debug(f"捕获信号：{sig},进程栈的状况:{frame}")
"""当发信号正常程序退出时，响应http信号"""
logger.info('关闭服务开始--->')
# 不接收新的http请求
http_server.stop()
logger.info('关闭服务结束--->')
if __name__ == '__main__':
signal.signal(signal.SIGINT, sig_handler) # 收到ctrl+c 中断信号时
signal.signal(signal.SIGTERM, sig_handler) # 收到停止信号时
http_server = gevent.pywsgi.WSGIServer(('0.0.0.0', '5000'), app, log=None)
http_server.serve_forever()
