第六章 信号和信号处理
知识点总结
信号是指随时间或空间变化的信息载体，可以是各种形式的数据，比如声音、图像、视频、电压等。信号处理涉及对这些信号进行获取、处理、分析和解释的一系列技术和方法。
1.信号类型：
- 连续信号：在连续时间内定义的信号，如声音波形。
-离散信号：只在离散时间点上有定义的信号，比如数字音频信号。
-模拟信号：信号可以取连续范围内任何值。
-数字信号：信号以离散形式表示，有限个特定数值。
-周期信号：具有重复模式的信号。
-非周期信号：没有重复模式的信号。
2.信号特征：
- 幅度：信号的振幅或大小。
- 频率：信号的周期性或变化速度。
- 相位：信号在时间轴上的偏移。
- 能量：信号的能量分布。
- 谱特性：频谱分布、频率成分等。
3.信号处理：
- 采样：将连续信号转换为离散信号，通过在时间间隔内获取信号的快照来表示连续信号。
- 量化：将连续的幅度值转换为离散的数字值。
- 编码：将量化后的信号用数字方式表示，如PCM编码（脉冲编码调制）等。
- 滤波：通过去除或增强特定频率成分来改变信号的特性。
- 变换：使用变换方法如傅里叶变换来分析信号的频谱特性。
- 压缩：减小信号占用的存储或传输空间。
4.信号处理方法：
- 时域处理：信号在时间维度上的处理，例如平滑、增强和延迟等。
- 频域处理：通过频谱分析和变换处理信号，如滤波和傅里叶变换。
- 多尺度处理：使用多尺度分析来捕捉信号的不同特征。
- 数字滤波：通过数字算法来增强或减弱信号中的特定频率成分。
- 波形处理：处理和分析波形特征，如波形识别和提取。
5.Linux中常见的信号
- SIGINT(2)：终端中断符信号，用户按中断键(Ctrl+C)，产生此信号，并送至前台进程组的所有进程；
- SIGQUIT(3)：终端退出符信号，用户按退出键(Ctrl+‘\’)，产生此信号，并送至前台进程组的所有进程；
- SIGABRT(6)：异常终止信号，调用abort函数，产生此信号；
- SIGFPE(8)：算术异常信号，表示一个算术运算异常，例如除以0、浮点溢出等；
- SIGKILL(9)：终止信号，不能被捕获或忽略，常用于杀死进程；
- SIGSEGV(11)：段错误信号，非法访问内存产生的信号；
- SIGTSTP(20)：Ctrl+z生产的信号；
- SIGCHLD(17)：子进程状态改变信号。
苏格拉底挑战
问题及解决方式
- 当涉及 Linux 中的信号处理时，常见问题可能包括：
1. 信号丢失：
- 问题： 在某些情况下，系统可能会因为高负载或繁忙而错过接收信号。
- 解决方式： 可以采取以下方法来解决信号丢失问题：
使用可靠信号处理机制： sigaction() 比 signal() 更可靠。sigaction() 允许对信号进行更精细的控制。
避免阻塞信号处理程序： 确保信号处理程序足够迅速，不执行耗时操作。
2. 竞争条件：
- 问题： 当多个信号同时到达时，可能导致不可预测的情况，如数据损坏或不一致的程序行为。
- 解决方式： 避免竞争条件，可以采取以下方法：
原子操作和同步机制： 在多线程环境下，使用原子操作或同步机制确保共享数据的完整性。
避免在信号处理程序中进行不可重入操作： 避免在信号处理程序中使用可能造成竞争条件的函数或操作。
避免在信号处理程序中使用标准 I/O： 标准 I/O 函数通常是不可重入的，因此在信号处理程序中使用可能导致问题。
3.其他：
- 避免在信号处理程序中分配内存： 动态内存分配可能不安全，应尽量避免在信号处理程序中进行。
- 避免嵌套信号： 信号处理程序中发送另一个信号可能会导致嵌套信号，最好避免这种情况。
- 确保信号处理程序的简洁性和可靠性是至关重要的。信号处理程序的设计应考虑到可能出现的竞争条件和不确定性，并且尽量保持简单、快速以及不涉及不可靠操作。此外，对于特定的通信需求，可以考虑使用其他机制，比如管道、消息队列等来代替信号，以确保更可靠的通信。
实践过程
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
// 定义信号处理函数
void signal_handler(int signal_num) {
printf("接收到信号：%d\n", signal_num);
}
int main() {
// 注册信号处理函数
signal(SIGINT, signal_handler);
// 循环等待信号
while (1) {
sleep(1);
}
return 0;
}
- 注册一个信号处理函数 signal_handler，当接收到 SIGINT 信号时，就会调用该函数并打印接收到的信号编号。程序进入一个无限循环，等待信号的到来。