Linux系统编程之基本信号处理

概述

在前一篇文章中我们已经提到过，信号本质上是一个整数编号，每个编号对应一种特定类型的事件。当某个条件满足时，操作系统会生成相应的信号，并将其传递给目标进程。接收到信号后，进程可以选择忽略它、执行默认动作、或调用自定义的处理函数来响应。

signal函数

捕获信号最简单的方式是使用signal函数，它允许我们指定当特定信号到达时要执行的动作。其函数原型如下。

cpp 复制代码

typedef void (*sighandler_t)(int);

sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

各个参数和返回值的含义如下。

signum：待捕获信号的编号，如SIGINT、SIGTERM等。

handler：指向信号处理函数sighandler_t的指针。我们可以提供一个函数名作为参数，该函数将在接收到指定信号时被调用。这个函数应该接受一个整型参数（即信号编号），并且没有返回值。handler参数还可以是以下两个特殊值之一。

（1）SIG_DFL：恢复默认行为。对于大多数信号，默认行为是终止进程。对于某些信号（比如：SIGCHLD），则是忽略它们。

（2）SIG_IGN：忽略此信号。如果信号被忽略，那么即使它再次发生也不会有任何效果，除非后续又改变了信号处理方式。

返回值：成功时返回一个指向先前信号处理程序的指针，可用来恢复之前的处理方式。失败时返回SIG_ERR，可通过errno获取具体的错误代码。

在下面的示例代码中，我们定义了一个名为HandleSigint的函数来处理SIGINT信号。当用户按下Ctrl+C时，操作系统会向进程发送SIGINT信号。然后，我们的处理函数会被调用，打印一条消息并退出程序。

cpp 复制代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>

static void HandleSigint(int signum)
{
    printf("Caught SIGINT(%d)\n", signum);
    exit(0);
}

int main()
{
    // 设置SIGINT信号的处理器
    if (signal(SIGINT, HandleSigint) == SIG_ERR)
    {
        printf("Set handler failed\n");
        return 1;
    }

    printf("Press Ctrl+C to send SIGINT\n");

    while (1)
    {
        // 等待信号
        pause();
    }

    return 0;
}

可以看到，signal函数的使用相对比较简单，但它也有一些局限性和潜在的问题。

1、不可靠性。在某些系统上，使用signal函数设置的信号处理器可能会被重置为默认行为。这意味着，如果同一个信号再次到来，在处理完第一次之后，后续的信号将按照默认行为处理。

2、线程安全性。由于signal函数可能会覆盖已有的信号处理程序，并且它的实现可能不是线程安全的，在多线程环境中应谨慎使用。

因此，如果需要对信号进行更精细的控制，或确保更可靠的行为时，建议使用下面的sigaction函数。

sigaction函数

sigaction函数提供了比signal函数更加灵活和可靠的接口，允许我们为特定的信号指定更复杂的处理行为。通过sigaction，我们可以控制信号处理期间的行为，比如：是否重启被中断的系统调用、哪些信号应该在处理期间被阻塞等。

cpp 复制代码

int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);

各个参数和返回值的含义如下。

signum：待捕获信号的编号，如SIGINT、SIGTERM等。

act：指向sigaction结构体的指针，描述了新的信号处理动作。如果这个参数为NULL，则只查询当前的信号处理信息而不修改它。

oldact：也是指向sigaction结构体的指针，用来存储当前信号处理的信息。如果不需要保存旧的处理信息，可以将此参数设为NULL。

sigaction结构体的原型如下。

cpp 复制代码

struct sigaction
{
    union
    {
        // 基本信号处理函数
        void (*sa_handler)(int);
        // 扩展信号处理函数，需要SA_SIGINFO标志
        void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);
    } __sigaction_handler;
    // 在信号处理期间要阻塞的其他信号集合
    sigset_t sa_mask;
    // 控制信号处理行为的标志位
    int sa_flags;
    // 已废弃，不应使用
    void (*sa_restorer)(void);
};

返回值：成功时返回0，失败时返回-1，并设置errno以指示具体的错误原因。

在下面的示例代码中，我们不仅设置了SIGINT信号处理器，还利用sa_mask字段暂时屏蔽了SIGQUIT信号，防止两个信号同时到来造成混乱。另外，通过设置SA_RESTART标志，确保被信号中断的系统调用（比如：read或write函数）能够自动重启，而不是返回EINTR错误码。

对于SIGUSR1信号，我们选择了更详细的处理方式：启用了SA_SIGINFO标志，并使用sa_sigaction成员来获取更多关于信号的信息（比如：发送信号的进程ID）。

cpp 复制代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

// 基本信号处理函数
static void HandleSigint(int signum)
{
    printf("Caught SIGINT(%d)\n", signum);
    exit(0);
}

// 扩展信号处理函数，需要SA_SIGINFO标志
static void HandleSigusr1(int signum, siginfo_t *info, void *context)
{
    printf("Caught SIGUSR1(%d) from PID %d\n", signum, info->si_pid);
}

int main(void)
{
    // 设置SIGINT信号的处理器
    struct sigaction sa;
    memset(&sa, 0, sizeof(sa));
    sa.sa_handler = &HandleSigint;
    sigemptyset(&sa.sa_mask);
    // 在处理SIGINT时，屏蔽SIGQUIT
    sigaddset(&sa.sa_mask, SIGQUIT);
    // 自动重启被中断的系统调用
    sa.sa_flags = SA_RESTART;
    sigaction(SIGINT, &sa, NULL);

    // 设置SIGUSR1信号的处理器
    sa.sa_sigaction = &HandleSigusr1;
    // 启用SA_SIGINFO标志
    sa.sa_flags |= SA_SIGINFO;
    sigaction(SIGUSR1, &sa, NULL);
   
    printf("Press Ctrl+C to send SIGINT or use kill -s SIGUSR1 <pid>\n");
    while (1)
    {
        pause();
    }

    return 0;
}