Python使用signal模組實現定時執行

在liunx系統中要想每隔一分鐘執行一個命令，最普遍的方法就是crontab了，如果不想使用crontab，經同事指點在程序中可以用定時器實現這種功能，於是就開始摸索了，發現需要一些訊號的知識...

查看你的linux支援哪些訊號：kill -l 即可

root@server:~# kill -l

 1) SIGHUP       2) SIGINT       3) SIGQUIT      4) SIGILL       5) SIGTRAP
 6) SIGABRT      7) SIGBUS       8) SIGFPE       9) SIGKILL     10) SIGUSR1
11) SIGSEGV     12) SIGUSR2     13) SIGPIPE     14) SIGALRM     15) SIGTERM
16) SIGSTKFLT   17) SIGCHLD     18) SIGCONT     19) SIGSTOP     20) SIGTSTP
21) SIGTTIN     22) SIGTTOU     23) SIGURG      24) SIGXCPU     25) SIGXFSZ
26) SIGVTALRM   27) SIGPROF     28) SIGWINCH    29) SIGIO       30) SIGPWR
31) SIGSYS      34) SIGRTMIN    35) SIGRTMIN+1  36) SIGRTMIN+2  37) SIGRTMIN+3
38) SIGRTMIN+4  39) SIGRTMIN+5  40) SIGRTMIN+6  41) SIGRTMIN+7  42) SIGRTMIN+8
43) SIGRTMIN+9  44) SIGRTMIN+10 45) SIGRTMIN+11 46) SIGRTMIN+12 47) SIGRTMIN+13
48) SIGRTMIN+14 49) SIGRTMIN+15 50) SIGRTMAX-14 51) SIGRTMAX-13 52) SIGRTMAX-12
53) SIGRTMAX-11 54) SIGRTMAX-10 55) SIGRTMAX-9  56) SIGRTMAX-8  57) SIGRTMAX-7
58) SIGRTMAX-6  59) SIGRTMAX-5  60) SIGRTMAX-4  61) SIGRTMAX-3  62) SIGRTMAX-2
63) SIGRTMAX-1  64) SIGRTMAX
root@server:~#

訊號：進程之間通訊的方式，是一體通訊的方式種軟體中斷。一個行程一旦接收到訊號就會打斷原來的程式執行流程來處理訊號。作業系統規定了進程收到訊號以後的預設行為，但是，我們可以透過綁定訊號處理函數來修改進程收到訊號以後的行為，有兩個訊號是不可變更的SIGTOP和SIGKILL。

發送訊號一般有兩種原因:

1(被動式)  核心偵測到一個系統事件.例如子行程退出會像父行程發送SIGCHLD訊號.鍵盤按下control+c會傳送SIGINT訊號

2(主動式)  透過系統呼叫kill來向指定進程發送訊號

在C語言中有個setitimer函數，函數setitimer可以提供三種定時器，它們相互獨立，任意一個定時完成都會發送定時訊號到進程，並且自動重新計時。參數which確定了定時器的類型：

ITIMER_REAL       定時真實時間，與alarm類型相同。              SIGALRM

ITIMER_VIRT       定時程序在使用者狀態下的實際執行時間。            SIGVTALRM

ITIMER_PROF       定時程序在使用者態與核心態的實際執行時間。      SIGPROF

這三種定時器定時完成時給程序發送的信號各不相同，其中ITIMER_REAL類定時器發送SIGALRM信號，ITIMER_VIRT類定時器發送SIGVTALRM信號，ITIMER_REAL類定時器發送SIGPROF信號。

函數alarm本質上設定的是低精確、非重載的ITIMER_REAL類定時器，它只能精確到秒，並且每次設定只能產生一次定時。函數setitimer設定的定時器則不同，它們不但可以計時到微妙（理論上），還能自動循環定時。在一個Unix行程中，不能同時使用alarm和ITIMER_REAL類別計時器。

SIGINT    終止進程    中斷進程 (control+c)

SIGTERM   終止進程    軟體終止訊號

SIGKILL   終止進程    軟體終止訊號

SIGKILL   終止進程    軟體終止訊號

SIGKILL   終止進程 差不多了，該向python的signal進軍了。

定義訊號名稱

signal套件定義了各個訊號名稱及其對應的整數，例如

import signal
print signal.SIGALRM
print signal.SIGCONT

Python所使用的訊號名稱和Linux一致。你可以透過

$man 7 signal

查詢

預設訊號處理函數

signal套件的核心是使用signal.signal()函數來預設(register)訊號處理函數，如下：

singnal.signal( signalnum, handler)

signalnum為某個訊號，handler為此訊號的處理函數。我們在訊號基礎裡提到，進程可以無視訊號，可以採取預設操作，還可以自訂操作。當handler為signal.SIG_IGN時，訊號被無視(ignore)。當handler為singal.SIG_DFL，進程採取預設操作(default)。當handler為一個函數名稱時，進程採取函數中定義的操作。

import signal
# Define signal handler function
def myHandler(signum, frame):
  print('I received: ', signum)
  
# register signal.SIGTSTP's handler 
signal.signal(signal.SIGTSTP, myHandler)
signal.pause()
print('End of Signal Demo')

在主程式中，我們首先使用signal.signal()函數來預設訊號處理函數。然後我們執行signal.pause()來讓該行程暫停以等待訊號，以等待訊號。當訊號SIGUSR1被傳遞給該進程時，進程從暫停中恢復，並根據預設，執行SIGTSTP的訊號處理函數myHandler()。 myHandler的兩個參數一個用來辨識訊號(signum)，另一個用來獲得訊​​號發生時，進程棧的狀況(stack frame)。這兩個參數都是由signal.singnal()函數來傳遞的。

上面的程式可以保存在一個檔案中(例如test.py)。我們使用以下方法運行:

$python test.py

以便讓進程運行。當程式運行到signal.pause()的時候，進程暫停並等待訊號。此時，透過按下CTRL+Z向該進程發送SIGTSTP訊號。我們可以看到，進程執行了myHandle()函數, 隨後返回主程序，繼續執行。 (當然，也可以用$ps查詢process ID, 再使用$kill來發出信號。)

(進程並不一定要使用signal.pause()暫停以等待信號，它也可以在進行工作中接受信號，例如將上面的signal.pause()改為一個需要長時間工作的循環。

定時發出SIGALRM訊號

一個有用的函數是signal.alarm()，它被用於在一定時間之後，向進程自身發送SIGALRM訊號:

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。 

发送信号

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*。

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。