Linux Shell命令行及腳本編程實例詳解課件：第13章 捕獲

第13章

捕獲13.1信號在Linux中，理解信號的概念是非常重要的。這是因為，信號被用于通過Linux命令行所做的一些常見活動中。例如，每當你按CTRL+C鍵來從命令行終結一個命令的執(zhí)行，你就使用了信號。每當你使用如下命令來結束一個進程時，你就使用了信號：$kill-9[PID]所以，至少知道信號的基本原理是非常有用的。這也就是本節(jié)我們要討論的內容。13.1.1Linux中的信號在Linux系統(tǒng)（以及其它類Unix操作系統(tǒng)）中，信號被用于進程間的通訊。信號是一個發(fā)送到某個進程或同一進程中的特定線程的異步通知，用于通知發(fā)生的一個事件。從1970年貝爾實驗室的Unix面世便有了信號的概念，而現在它已經被定義在了POSIX標準中。對于在Linux環(huán)境進行編程的用戶或系統(tǒng)管理員來說，較好地理解信號的概念和機制是很重要的，在某些情況下可以幫助我們更高效地編寫程序。對于一個程序來說，如果每條指令運行正常的話，它會連續(xù)地執(zhí)行。但如果在程序執(zhí)行時，出現了一個錯誤或任何異常，內核就可以使用信號來通知相應的進程。信號同樣被用于通訊、同步進程和簡化進程間通訊，在Linux中，信號在處理異常和中斷方面，扮演了極其重要的角色。信號已經在沒有任何較大修改的情況下被使用了將近30年。13.1.1Linux中的信號在Linux系統(tǒng)（以及其它類Unix操作系統(tǒng)）中，信號被用于進程間的通訊。信號是一個發(fā)送到某個進程或同一進程中的特定線程的異步通知，用于通知發(fā)生的一個事件。從1970年貝爾實驗室的Unix面世便有了信號的概念，而現在它已經被定義在了POSIX標準中。對于在Linux環(huán)境進行編程的用戶或系統(tǒng)管理員來說，較好地理解信號的概念和機制是很重要的，在某些情況下可以幫助我們更高效地編寫程序。對于一個程序來說，如果每條指令運行正常的話，它會連續(xù)地執(zhí)行。但如果在程序執(zhí)行時，出現了一個錯誤或任何異常，內核就可以使用信號來通知相應的進程。信號同樣被用于通訊、同步進程和簡化進程間通訊，在Linux中，信號在處理異常和中斷方面，扮演了極其重要的角色。信號已經在沒有任何較大修改的情況下被使用了將近30年。13.1.1Linux中的信號當一個事件發(fā)生時，會產生一個信號，然后內核會將事件傳遞到接收的進程。有時，進程可以發(fā)送一個信號到其它進程。除了進程到進程的信號外，還有很多種情況，內核會產生一個信號，比如文件大小達到限額、一個I/O設備就緒或用戶發(fā)送了一個類似于CTRL+C或CTRL+Z的終端中斷等。運行在用戶模式下的進程會接收信號。如果接收的進程正運行在內核模式，那么信號的執(zhí)行只有在該進程返回到用戶模式時才會開始。13.1.1Linux中的信號發(fā)送到非運行進程的信號一定是由內核保存，直到進程重新執(zhí)行為止。休眠的進程可以是可中斷的，也可以是不可中斷的。如果一個在可中斷休眠狀態(tài)的進程（例如，等待終端輸入的進程）收到了一個信號，那么內核會喚醒這個進程來處理信號。如果一個在不可中斷休眠狀態(tài)的進程收到了一個信號，那么內核會拖延此信號，直到該事件完成為止。13.1.1Linux中的信號當進程收到一個信號時，可能會發(fā)生以下三種情況：進程可能會忽略此信號。有些信號不能被忽略，而有些沒有默認行為的信號，默認會被忽略。進程可能會捕獲此信號，并執(zhí)行一個被稱為信號處理器的特殊函數。進程可能會執(zhí)行信號的默認行為。例如，信號15（SIGTERM）的默認行為是結束進程。當一個進程執(zhí)行信號處理時，如果還有其它信號到達，那么新的信號會被阻斷直到處理器返回為止。13.1.2信號的名稱和值每個信號都有“SIG”開頭的名稱，并定義為唯一的正整數。在Shell命令行提示符下，輸入“kill-l”命令，將顯示所有信號的信號值和相應的信號名。13.1.3Bash中的信號當沒有任何捕獲時，一個交互式BashShell會忽略SIGTERM和SIGQUIT信號。由Bash運行的非內部命令會使用Shell從其父進程繼承的信號處理程序。如果沒有啟用作業(yè)控制，異步執(zhí)行的命令會忽略除了有這些信號處理程序之外的SIGINT和SIGQUIT信號。由于命令替換而運行的命令會忽略鍵盤產生的作業(yè)控制信號SIGTTIN、SIGTTOU和SIGTSTP。13.1.3Bash中的信號默認情況下，Shell接收到SIGHUP信號后會退出。在退出之前，一個交互式的Shell會向所有的作業(yè)，不管是正在運行的還是已停止的，重新發(fā)送SIGHUP信號。對已停止的作業(yè)，Shell還會發(fā)送SIGCONT信號以確保它能夠接收到SIGHUP信號。若要阻止Shell向某個特定的作業(yè)發(fā)送SIGHUP信號，可以使用內部命令disown將它從作業(yè)表中移除，或是用“disown-h”命令仍阻止Shell向特定的作業(yè)發(fā)送SIGHUP信號，但并不會將特定的作業(yè)從作業(yè)表中移除。13.2進程13.2.1什么是進程進程是運行在Linux中的程序的一個實例。這是一個你之前就可能已經聽說過的基本定義。當你在Linux系統(tǒng)中執(zhí)行一個程序時，系統(tǒng)會為這個程序創(chuàng)建特定的環(huán)境。這個環(huán)境包含系統(tǒng)運行這個程序所需的任何東西。每當你在Linux中執(zhí)行一個命令，它都會創(chuàng)建，或啟動一個新的進程。比如，當你嘗試運行命令“l(fā)s-l”來列出目錄的內容時，你就啟動了一個進程。如果有兩個終端窗口顯示在屏幕上，那么你可能運行了同樣的終端程序兩次，這時會有兩個終端進程。每個終端窗口可能都運行了一個Shell，每個運行的Shell都分別是一個進程。當你從Shell調用一個命令時，對應的程序就會在一個新進程中執(zhí)行，當這個程序的進程執(zhí)行完成后，Shell的進程將恢復運行。13.2.1什么是進程操作系統(tǒng)通過被稱為PID或進程ID的數字編碼來追蹤進程。系統(tǒng)中的每一個進程都有一個唯一的PID。現在我們通過一個實例來了解Linux中的進程。我們在Shell命令行下執(zhí)行如下命令：$sleep10&[1]3324因為程序會等待10秒，所以我們快速地在當前Shell上查找任何進程名為sleep的進程：$ps-ef|grepsleepyantaol33245712cons117:11:46/usr/bin/sleep我們看到進程名為/usr/bin/sleep的進程正運行在系統(tǒng)中（其PID與我們在上一命令中得到的PID相同）。13.2.1什么是進程現在，我們嘗試并行地從3個不同的終端窗口運行上述的sleep命令，上述命令的輸出將類似如下所示：$ps-ef|grepsleepyantaol8965712cons117:16:51/usr/bin/sleepyantaol59245712cons117:16:52/usr/bin/sleepyantaol24245712cons117:16:50/usr/bin/sleep我們看到sleep程序的每一個實例都創(chuàng)建了一個單獨的進程。每個Linux進程還有另一個ID號碼，即父進程的ID（ppid）。系統(tǒng)中的每一個用戶進程都有一個父進程。命令“ps-f”就會列出進程的PID和PPID。此命令的輸出類似如下所示：$ps-fUIDPIDPPIDTTYSTIMECOMMANDyantaol4124228 cons0 21:37:09/usr/bin/psyantaol2281 cons0 21:32:23/usr/bin/bash13.2.1什么是進程你在Shell命令行提示符下運行的命令都把當前Shell的進程作為父進程。例如，你在Shell命令行提示符下輸入ls命令，Shell將執(zhí)行l(wèi)s命令，此時Linux內核會復制Shell的內存頁，然后執(zhí)行l(wèi)s命令。在Unix中，每一個進程是使用fork和exec方法創(chuàng)建的。然而，這種方法會導致系統(tǒng)資源的損耗。在Linux中，fork方法是使用寫時拷貝內存頁實現的，所以它導致的僅是時間和復制父進程的內存頁表所需的內存的損失，并且會為子進程創(chuàng)建一個唯一的任務結構。寫時拷貝模式在創(chuàng)建新進程時避免創(chuàng)建不必要的結構拷貝。例如，用戶在Shell命令行提示符下輸出ls命令，Linux內核將會創(chuàng)建一個Shell的子進程，即Shell的進程是父進程，而ls命令的進程是子進程，ls命令的進程會指向與此Shell相同的內存頁，然后子進程使用寫時拷貝技術執(zhí)行l(wèi)s命令。13.2.2前臺進程和后臺進程當你啟動一個進程時（運行一個命令），可以如下兩種方式運行該進程：前臺進程后臺進程默認情況下，你啟動的每一個進程都是運行在前臺。它從鍵盤獲取輸入并發(fā)送它的輸出到屏幕。當一個進程運行在前臺時，我們不能在同一命令行提示符下運行任何其它命令（啟動任何其它進程），因為在程序結束它的進程之前命令行提示符不可用。啟動一個后臺進程最簡單的方法是添加一個控制操作符‘&’到命令的結尾（關于進程在前臺和后臺之間切換的內容，請參見4.3.3節(jié)）。13.2.2前臺進程和后臺進程例如，如下命令將啟動一個后臺進程：$sleep10&[1]5720$現在sleep命令被放在后臺運行。當Bash在后臺啟動一個作業(yè)時，它會打印一行內容顯示作業(yè)編號（[1]）和進程號（PID-5720）。當作業(yè)完成時，作業(yè)會發(fā)送類似如下的信息到終端程序，來顯示此作業(yè)已完成，其內容類似如下所示：[1]+Donesleep10將進程放在后臺運行的好處是：你可以繼續(xù)運行其它命令，而不需要等待此進程運行完成再運行其它命令。13.2.3進程的狀態(tài)每個Linux進程都有它自己的生命周期，比如，創(chuàng)建、執(zhí)行、結束和清除。每個進程也都有各自的狀態(tài)，顯示進程中當前正發(fā)生什么。進程可以有如下幾種狀態(tài)：D（不可中斷休眠狀態(tài)）-進程正在休眠并且不能恢復，直到一個事件發(fā)生為止。R（運行狀態(tài)）-進程正在運行。S（休眠狀態(tài)）-進程沒有在運行，而在等待一個事件或是信號。T（停止狀態(tài)）-進程被信號停止，比如，信號SIGINT或SIGSTOP。Z（僵死狀態(tài)）-標記為<defunct>進程是僵死的進程，它們之所以殘留是因為它們的父進程適當地銷毀它們。如果父進程退出，這些進程將被init進程銷毀。13.2.3進程的狀態(tài)若要查看指定進程的狀態(tài)，可以使用如下命令：$ps-CprocessName-opid=,cmd,stat例如：$ps-Csleep-opid=,cmd,statCMDSTAT9434sleep20S13.2.4實例：怎樣查看進程通過前面章節(jié)的一些實例的學習，想必你已經知道了使用ps命令可以查看進程的信息，但除了ps命令，我們還可以使用pstree命令和pgrep命令查看當前進程的信息。使用ps命令,可以查看當前的進程。默認情況下，ps命令只會輸出當前用戶并且是當前終端（比如，當前Shell）下調用的進程的信息。13.2.5實例：向進程發(fā)送信號我們可以使用鍵盤或pkill命令、kill命令和killall命令向進程發(fā)送各種信號。在Bash下，我們可以使用鍵盤發(fā)送如下信號。組合鍵含義Ctrl+C中斷信號，發(fā)送SIGINT信號到運行在前臺的進程Ctrl+Y延時掛起信號，使運行的進程在嘗試從終端讀取輸入時停止?？刂茩喾祷亟oShell，使用戶可以將進程放在前臺或后臺，或殺掉該進程Ctrl+Z掛起信號，發(fā)送SIGTSTP信號到運行的進程，由此將其停止，并將控制權返回給Shell13.2.5實例：向進程發(fā)送信號大多數主流的Shell，包括Bash，都有內置的kill命令。Linux系統(tǒng)中，也有kill命令，即/bin/kill。如果使用/bin/kill，則系統(tǒng)可能會激活一些額外的選項，比如，殺掉不是你自己的進程，或指定進程名作為參數，類似于pgrep和pkill命令。不過兩種kill命令默認都是發(fā)送SIGTERM信號。當準備殺掉一個進程或一連串的進程時，我們的常識是嘗試發(fā)送最安全的信號開始，即SIGTERM信號。以這種方式，關心正常停止運行的程序，當它收到SIGTERM信號時，有機會按照已經設計好的流程執(zhí)行，比如，清理和關閉打開的文件。如果你發(fā)送一個SIGKILL信號到進程，你將消除進程先清理而后關閉的機會，而這可能會導致不幸的結果。但如果一個有序地終結不管用，那么發(fā)送SIGINT或SIGKILL信號就可能是唯一的方法了。例如，當一個前臺進程使用Ctrl+C殺不掉時，那最好就使用命令“kill-9PID”了。13.2.5實例：向進程發(fā)送信號kill命令可以發(fā)送多種信號到進程。特別有用的信號包括：SIGHUP（1）SIGINT（2）SIGKILL（9）SIGCONT（18）SIGSTOP（19）在Bash中，信號名或信號值都可作為kill命令的選項，而作業(yè)號或進程號則作為kill命令的參數。13.2.6關于子Shell子Shell是由Shell或Shell腳本運行的子進程。當你在Shell命令行提示符下，運行一個Shell腳本時，它會創(chuàng)建一個叫做子Shell的新進程，你的腳本將會使用這個子Shell來運行。子Shell是命令處理程序（提供給你命令行提示符的Shell或是一個xterm窗口）的一個單獨實例。就像你的命令在命令行提示符下被解釋，類似地，腳本批處理一連串命令。實際上，每個運行的Shell腳本都是父Shell的子進程。Shell腳本可以自己啟動子進程。這些子Shell讓腳本可以做并行處理，實際上是同時執(zhí)行多個子任務。13.3捕獲到目前為止，我們在本書所見的腳本中還沒有需要信號處理功能的，因為它們的內容相對比較簡單，執(zhí)行時間很短，而且不會創(chuàng)建臨時文件。而對于較大的或者更復雜的腳本來說，如果腳本具有信號處理機制可能就比較有用了。當我們設計一個大且復雜的腳本時，考慮到當腳本運行時出現用戶退出或系統(tǒng)關機會發(fā)生什么，是很重要的。當這樣的事件發(fā)生時，一個信號將會發(fā)送到所有受影響的進程。相應地，這些進程的程序可以采取一些措施以確保程序正常有序地終結。比如說，我們編寫了一個會在執(zhí)行時生成臨時文件的腳本。在好的設計過程中，我們會讓腳本在執(zhí)行完成時刪除這些臨時文件。同樣聰明的做法是，如果腳本接收到了指示程序將提前結束的信號，也應刪除這些臨時文件。接下來，就讓我們開始學習，如何在腳本中進行這些處理。13.3.1trap語句Bash的內部命令trap，讓我們可以在Shell腳本內捕獲特定的信號并對它們進行處理。trap命令的語法如下所示：$trapcommandsignal[signal…]上述語法中，command可以是一個腳本或是一個函數。signal即可以用信號名，也可以用信號值指定。你可以不指定任何參數，而直接使用trap命令，它將會打印與每個要捕獲的信號相關聯的命令的列表。13.3.1trap語句當Shell收到信號signal(s)時，command將被讀取和執(zhí)行。比如，如果signal是0或EXIT時，command會在Shell退出時被執(zhí)行。如果signal是DEBUG時，command會在每個命令后被執(zhí)行。signal也可以被指定為ERR，那么每當一個命令以非0狀態(tài)退出時，command就會被執(zhí)行（注意，當非0退出狀態(tài)來自一個if語句部分，或來自while、until循環(huán)時，command不會被執(zhí)行）。下面我們通過幾個簡單的實例來學習trap命令的用法。13.3.2實例：使用trap語句捕獲信號通過前面內容的學習，我們已經知道，信號多用于以友好的方式結束一個進程的執(zhí)行，既允許進程在退出之前有機會做一些清理工作。然而，信號同樣還可用于其它用途。例如，當終端窗口的大小改變時，在此窗口中運行的Shell都會接收到信號SIGWINCH。通常，這個信號是被忽略的，但是，如果一個程序關心窗口大小的變化，它就可以捕獲這個信號，并用特定的方式處理它。注意：除SIGKILL信號以外，其它任何信號都可以被捕獲并通過調用C函數signal處理。接下來，我就以一個腳本為實例演示捕獲并處理SIGWINCH信號。13.3.3實例：移除捕獲如果我們在腳本中應用了捕獲，我們通常會在腳本的結尾處，將接收到信號時的行為處理重置為默認模式。重置（移除）捕獲的語法如下所示：$trap-signal[signal…]從上述語法中可以看出，使用破折號作為trap語句的命令參數，就可以移除信號的捕獲。下面，我們以腳本trap_reset.sh為例，來學習如何在腳本中移除先前定義的捕獲。13.4小結下面我們總結一下本章所學的主要知識：在Linux系統(tǒng)和其它類Unix或Unix操作系統(tǒng)中，信號被用于進程間的通訊。信號是一個發(fā)送到某個進程或同一進程中的特定線程的異步通知，用于通知發(fā)生的一個事件。在Linux中，信號在處理異常和中斷方面，扮演了極其重要的角色。當一個事件發(fā)生時，會產生一個信號，然后內核會將事件傳遞到接收的進程。運行在用戶模式下的進程會接收信號。如果接收的進程正運行在內核模式，那么信號的執(zhí)行只有在該進程返回到用戶模式時才會開始。13.4小結當進程收到一個信號時，可能會發(fā)生以下三種情況：進程可能會忽略此信號。有些信號不能被忽略，而有些沒有默認行為的信號，默認會被忽略。進程可能會捕獲此信號，并執(zhí)行一個被稱為信號處理器的特殊函數。進程可能會執(zhí)行信號的默認行為。例如，信號15（SIGTERM）的默認行為是結束進程。在Shell命令行提示符下，輸入“kill-l”命令，可以顯示所有信號的信號值和相應的信號名。由Bash運行的非內部命令會使用Shell從其父進程繼承的信號處理程序。默認情況下，Shell接收到SIGHUP信號后會退出。在退出之前，一個交互式的Shell會向所有的作業(yè)，不管是正在運行的還是已停止的，重新發(fā)送SIGHUP