Linux信号处理全解析

在 Linux 系统编程中，信号（Signal） 是一种异步通知机制，用于告知进程发生了某种事件。理解常见的信号及其默认行为对于编写健壮的应用程序至关重要。

一、信号的分类与作用

[1. SIGHUP（信号编号：1）](#1. SIGHUP（信号编号：1）)

[2. SIGINT（信号编号：2）](#2. SIGINT（信号编号：2）)

[3. SIGQUIT（信号编号：3）](#3. SIGQUIT（信号编号：3）)

[4. SIGILL（信号编号：4）](#4. SIGILL（信号编号：4）)

[5. SIGABRT（信号编号：6）](#5. SIGABRT（信号编号：6）)

[6. SIGFPE（信号编号：8）](#6. SIGFPE（信号编号：8）)

[7. SIGKILL（信号编号：9）](#7. SIGKILL（信号编号：9）)

[8. SIGUSR1 和 SIGUSR2（信号编号：10 和 12）](#8. SIGUSR1 和 SIGUSR2（信号编号：10 和 12）)

[9. SIGSEGV（信号编号：11）](#9. SIGSEGV（信号编号：11）)

[10. SIGPIPE（信号编号：13）](#10. SIGPIPE（信号编号：13）)

[11. SIGALRM（信号编号：14）](#11. SIGALRM（信号编号：14）)

[12. SIGTERM（信号编号：15）](#12. SIGTERM（信号编号：15）)

[13. SIGCHLD（信号编号：17）](#13. SIGCHLD（信号编号：17）)

[14. SIGCONT（信号编号：18）](#14. SIGCONT（信号编号：18）)

[15. SIGSTOP（信号编号：19）](#15. SIGSTOP（信号编号：19）)

[16. SIGTSTP（信号编号：20）](#16. SIGTSTP（信号编号：20）)

二、信号的处理方式

示例代码：自定义信号处理函数

[使用 sigaction() 更精确地设置信号处理函数](#使用 sigaction() 更精确地设置信号处理函数)

一、信号的分类与作用

Linux 定义了多种信号，每个信号都有一个编号和默认的行为。下面列出了一些常用的信号及其用途：

1. `SIGHUP`（信号编号：1）

默认行为：终止
用途：当控制终端关闭或网络连接断开时发送给进程。通常用于通知守护进程重新加载配置文件。

2. `SIGINT`（信号编号：2）

默认行为：终止
用途：由用户通过键盘输入中断字符（通常是 Ctrl+C）产生，要求进程停止执行。

3. `SIGQUIT`（信号编号：3）

默认行为：核心转储后终止
用途：类似于 SIGINT，但要求进程生成核心转储文件以便调试。

4. `SIGILL`（信号编号：4）

默认行为：核心转储后终止
用途：非法指令错误，例如尝试执行无效的操作码。

5. `SIGABRT`（信号编号：6）

默认行为：核心转储后终止
用途：由调用 abort() 函数触发，用于异常终止程序并生成核心转储文件。

6. `SIGFPE`（信号编号：8）

默认行为：核心转储后终止
用途：浮点运算错误，如除以零或溢出。

7. `SIGKILL`（信号编号：9）

默认行为：强制终止
用途：无法被捕获或忽略，用于立即终止进程，通常作为最后手段。

8. `SIGUSR1` 和 `SIGUSR2`（信号编号：10 和 12）

默认行为：终止
用途：用户定义的信号，可用于应用程序内部通信或特殊处理逻辑。

9. `SIGSEGV`（信号编号：11）

默认行为：核心转储后终止
用途：无效内存引用（段错误），常用于调试内存访问问题。

10. `SIGPIPE`（信号编号：13）

默认行为：终止
用途：写入管道或 socket 连接已关闭时触发。

11. `SIGALRM`（信号编号：14）

默认行为：终止
用途：由 alarm() 函数设置的定时器超时时触发，常用于实现定时任务。

12. `SIGTERM`（信号编号：15）

默认行为：终止
用途：请求进程正常终止，可以被捕获和处理，比 SIGKILL 更友好。

13. `SIGCHLD`（信号编号：17）

默认行为：忽略
用途：子进程状态改变时发送给父进程，用于回收僵尸进程。

14. `SIGCONT`（信号编号：18）

默认行为：继续执行
用途：如果进程被暂停，则恢复其执行。

15. `SIGSTOP`（信号编号：19）

默认行为：暂停
用途：不可捕获或忽略，用于暂停进程执行。

16. `SIGTSTP`（信号编号：20）

默认行为：暂停
用途：类似 SIGSTOP，但可被捕获或忽略，通常由终端输入 Ctrl+Z 触发。

二、信号的处理方式

对于每一个信号，可以采取以下三种处理方式之一：

默认动作：根据信号类型采取相应操作（如终止进程、忽略信号等）。
忽略信号 ：使用 signal() 或 sigaction() 注册忽略处理函数。
自定义处理函数：为信号指定一个处理函数，当信号到达时会调用该函数。

示例代码：自定义信号处理函数

cpp 复制代码

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

void handle_signal(int sig) {
    printf("Caught signal %d\n", sig);
}

int main() {
    // 设置 SIGINT 的处理函数
    if (signal(SIGINT, handle_signal) == SIG_ERR) {
        perror("signal");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    printf("Press Ctrl+C to test...\n");
    while (1) {
        pause();  // 挂起等待信号
    }

    return 0;
}

使用 `sigaction()` 更精确地设置信号处理函数

cpp 复制代码

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

void handle_signal(int sig) {
    printf("Caught signal %d\n", sig);
}

int main() {
    struct sigaction sa;
    sa.sa_handler = handle_signal;
    sigemptyset(&sa.sa_mask);
    sa.sa_flags = 0;

    if (sigaction(SIGINT, &sa, NULL) == -1) {
        perror("sigaction");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    printf("Press Ctrl+C to test...\n");
    while (1) {
        pause();
    }

    return 0;
}

三、信号的阻塞与未决

有时候我们需要暂时阻止某些信号的传递，即使信号已经发送也不会立即处理，直到解除阻塞为止。此时这些信号处于"未决"状态。

示例代码：演示信号阻塞

cpp 复制代码

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

void handle_signal(int sig) {
    printf("Caught signal %d\n", sig);
}

int main() {
    sigset_t newmask, oldmask;

    // 设置 SIGINT 的处理函数
    struct sigaction sa;
    sa.sa_handler = handle_signal;
    sigemptyset(&sa.sa_mask);
    sa.sa_flags = 0;
    sigaction(SIGINT, &sa, NULL);

    // 阻塞 SIGINT
    sigemptyset(&newmask);
    sigaddset(&newmask, SIGINT);
    if (sigprocmask(SIG_BLOCK, &newmask, &oldmask) < 0) {
        perror("sigprocmask");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    printf("Blocked SIGINT, press Ctrl+C...\n");
    sleep(10);  // 在这期间按 Ctrl+C 不会触发 handler

    // 解除阻塞
    if (sigprocmask(SIG_SETMASK, &oldmask, NULL) < 0) {
        perror("sigprocmask");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    printf("Unblocked SIGINT\n");

    pause();  // 现在按 Ctrl+C 会触发 handler

    return 0;
}

四、总结知识点图解（知识树状图）

复制代码

常见信号及其用途
│
├── SIGHUP
│   ├── 编号：1
│   └── 用途：通知守护进程重新加载配置
│
├── SIGINT
│   ├── 编号：2
│   └── 用途：用户请求中断（Ctrl+C）
│
├── SIGQUIT
│   ├── 编号：3
│   └── 用途：用户请求退出并生成 core 文件（Ctrl+\）
│
├── SIGILL
│   ├── 编号：4
│   └── 用途：非法指令错误
│
├── SIGABRT
│   ├── 编号：6
│   └── 用途：调用 abort() 时生成 core 文件
│
├── SIGFPE
│   ├── 编号：8
│   └── 用途：浮点运算错误
│
├── SIGKILL
│   ├── 编号：9
│   └── 用途：强制终止进程
│
├── SIGUSR1 / SIGUSR2
│   ├── 编号：10 / 12
│   └── 用途：用户定义信号
│
├── SIGSEGV
│   ├── 编号：11
│   └── 用途：无效内存引用
│
├── SIGALRM
│   ├── 编号：14
│   └── 用途：定时器超时
│
├── SIGTERM
│   ├── 编号：15
│   └── 用途：请求进程正常终止
│
├── SIGCHLD
│   ├── 编号：17
│   └── 用途：子进程状态变化
│
├── SIGCONT
│   ├── 编号：18
│   └── 用途：继续暂停的进程
│
├── SIGSTOP
│   ├── 编号：19
│   └── 用途：暂停进程
│
└── SIGTSTP
    ├── 编号：20
    └── 用途：终端停止命令（Ctrl+Z）

五、课后练习建议

编写程序注册不同信号的处理函数，并通过 kill 命令发送信号测试。
实现一个简单的计时器，使用 alarm() 和 SIGALRM 处理函数实现定时任务。
修改上面的例子，让程序在接收到 SIGINT 后不退出，而是打印一条消息并继续运行。
使用 sigaction() 替代 signal()，体验更精细的信号处理控制。
探索如何使用 sigprocmask() 和 sigsuspend() 实现更复杂的信号同步逻辑。

bash 复制代码

gcc your_signal_program.c -o your_signal_program
./your_signal_program &
kill -<signal_number> <PID>