Linux 信号处理概览

在Linux系统中，信号（Signal）是进程间通信的关键机制，通常用于通知进程发生特定事件。例如，用户按下Ctrl+C会发送SIGINT信号来终止进程，或程序访问非法内存时触发SIGSEGV信号。信号处理是进程响应这些事件的核心机制。

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一、信号分类 ⚡

Linux支持多种信号（可通过kill -l查看）。常见信号及其默认行为如下：

• 终止进程：

  • SIGTERM（优雅终止）

  • SIGKILL（强制终止，不可捕获）

  • SIGINT（Ctrl+C）

• 核心转储：

  • SIGSEGV（段错误）

  • SIGFPE（算术错误）

• 挂起/继续：

  • SIGHUP（终端断开）

  • SIGSTOP（暂停进程，不可捕获）

• 其他：

  • SIGALRM（定时器）

  • SIGCHLD（子进程状态变化）

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二、信号处理函数 📜

进程可通过注册信号处理函数自定义信号行为，常用的API如下：

1. signal() 函数 🛠️

   #include <signal.h>
   void (*signal(int signum, void (*handler)(int)))(int);

• 功能 ：为信号signum绑定处理函数handler。

• 示例：

  void handler(int sig) {
    printf("Received SIGINT\n");
    exit(0);
  }
  signal(SIGINT, handler); // 捕获Ctrl+C

• 缺点：行为因系统而异，缺乏灵活性（如无法控制信号屏蔽）。

2. sigaction() 函数（推荐） 👍

   #include <signal.h>
   int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);

• 参数：

  • act：指定新行为，通过struct sigaction配置：

    • sa_handler：处理函数（或SIG_IGN/SIG_DFL）。

    • sa_mask：在处理信号时阻塞其他信号。

    • sa_flags：控制行为（如SA_RESTART自动重启被中断的系统调用）。

  • oldact：保存旧的处理配置。

• 示例：

  struct sigaction act;
  act.sa_handler = handler;
  sigemptyset(&act.sa_mask); // 不阻塞其他信号
  act.sa_flags = 0;
  sigaction(SIGINT, &act, NULL);

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三、编写信号处理函数的注意事项 ⚠️

1. 可重入性 ：避免使用非异步安全函数（如printf、malloc），可能引发竞态条件。

   • 使用volatile变量 或原子操作传递状态到主程序。

2. 执行时间短：避免长时间操作，尽快返回。

3. 避免修改全局状态：如需修改，需通过信号屏蔽等手段保证原子性。

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四、信号阻塞与解除 🛑

通过信号掩码控制进程对信号的响应：

• sigprocmask()：设置/修改进程的信号掩码。

• sigpending()：检查未决（被阻塞）的信号。

  sigset_t set;
  sigemptyset(&set);
  sigaddset(&set, SIGINT);
  sigprocmask(SIG_BLOCK, &set, NULL); // 阻塞SIGINT

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五、实时信号（RT Signals） ⏱️

• 范围 ：SIGRTMIN到SIGRTMAX（如32-64）。

• 特点 ：支持排队（避免丢失）、可携带额外数据（通过sigqueue()发送）。

• 使用：

  union sigval value;
  value.sival_int = 123;
  sigqueue(pid, SIGRTMIN, value); // 发送附带数据的信号

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六、发送信号的常用方法 📬

• 命令 ：kill -信号 PID（如kill -9 1234）。

• 系统调用：

  • kill()：向指定进程发送信号。

  • raise()：向自身发送信号。

  • alarm()：设置定时器（触发SIGALRM）。

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七、多线程中的信号处理 🔄

• 信号处理函数是进程级：所有线程共享同一处理函数。

• 信号掩码是线程级：各线程可独立设置阻塞的信号。

• 建议：

  • 主线程统一处理信号（通过sigwait()同步等待）。

  • 避免在多线程中使用异步信号处理。

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八、典型应用场景 🏗️

1. 优雅退出 ：捕获SIGTERM释放资源。

2. 定时任务 ：通过SIGALRM触发定时操作。

3. 错误调试 ：处理SIGSEGV记录错误信息。

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示例：使用sigaction处理SIGINT 📝

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

volatile sig_atomic_t flag = 0;

void handler(int sig) {
    flag = 1; // 安全设置标志位
}

int main() {
    struct sigaction sa;
    sa.sa_handler = handler;
    sigemptyset(&sa.sa_mask);
    sa.sa_flags = 0;
    sigaction(SIGINT, &sa, NULL);

    while (!flag) {
        sleep(1);
        printf("Running...\n");
    }
    printf("Exiting gracefully\n");
    return 0;
}

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总结 🏁

Linux信号处理是控制进程行为的重要机制。通过合理使用signal()或sigaction()注册处理函数，结合信号阻塞、实时信号等特性，可以实现灵活的事件响应。需要特别注意处理函数的可重入性，避免竞态条件，确保程序健壮性。