【Linux】信号机制详解：进程间通信的核心

【Linux】信号机制详解：进程间通信的核心

摘要
目录
- [1. 信号机制概述](#1. 信号机制概述)
- - [1.1 信号的本质](#1.1 信号的本质)
  - [1.2 信号的来源](#1.2 信号的来源)
- [2. 信号的分类与常见信号](#2. 信号的分类与常见信号)
- - [2.1 标准信号（1-31号）](#2.1 标准信号（1-31号）)
  - [2.2 实时信号（34-64号）](#2.2 实时信号（34-64号）)
- [3. 信号的生命周期](#3. 信号的生命周期)
- - [3.1 信号的产生（Generation）](#3.1 信号的产生（Generation）)
  - [3.2 信号的递达（Delivery）](#3.2 信号的递达（Delivery）)
  - [3.3 信号的阻塞（Blocking）](#3.3 信号的阻塞（Blocking）)
- [4. 信号处理方式](#4. 信号处理方式)
- - [4.1 执行默认动作](#4.1 执行默认动作)
  - [4.2 忽略信号](#4.2 忽略信号)
  - [4.3 捕获信号（自定义处理函数）](#4.3 捕获信号（自定义处理函数）)
- [5. 信号编程实践](#5. 信号编程实践)
- - [5.1 使用signal()函数（简单方式）](#5.1 使用signal()函数（简单方式）)
  - [5.2 使用sigaction()函数（推荐方式）](#5.2 使用sigaction()函数（推荐方式）)
  - [5.3 发送信号](#5.3 发送信号)
- [6. 可靠信号与不可靠信号](#6. 可靠信号与不可靠信号)
- - [6.1 不可靠信号的问题](#6.1 不可靠信号的问题)
  - [6.2 可靠信号的优势](#6.2 可靠信号的优势)
- [7. 信号在实际开发中的应用](#7. 信号在实际开发中的应用)
- - [7.1 优雅退出](#7.1 优雅退出)
  - [7.2 子进程管理](#7.2 子进程管理)
  - [7.3 定时任务](#7.3 定时任务)
- 总结
- 相关链接

摘要

信号（Signal）是Linux系统中最古老、最基础的进程间通信（IPC）机制之一。它为进程提供了一种异步通知机制，允许操作系统或其他进程向目标进程发送特定事件的通知。本文将深入探讨Linux信号机制的原理、分类、处理方式以及实际应用，帮助读者全面掌握这一核心技术。

相关标签： #Linux #信号机制 #进程间通信 #系统编程 #IPC

信号名	编号	默认动作	含义
SIGHUP	1	终止	终端挂起或控制进程终止
SIGINT	2	终止	键盘中断（Ctrl+C）
SIGQUIT	3	终止+core	键盘退出（Ctrl+\）
SIGKILL	9	终止	强制终止（不可捕获）
SIGSEGV	11	终止+core	段错误（非法内存访问）
SIGTERM	15	终止	终止信号（可捕获）
SIGCHLD	17	忽略	子进程状态改变
SIGSTOP	19	停止	停止进程（不可捕获）

2.2 实时信号（34-64号）

实时信号是POSIX标准引入的可靠信号 ，支持排队、携带数据，且按发送顺序递送。信号范围为SIGRTMIN到SIGRTMAX。

3. 信号的生命周期

信号从产生到处理经历以下阶段：

3.1 信号的产生（Generation）

当事件发生时，内核为目标进程生成信号，并将该信号添加到进程的未决信号集（Pending Signal Set）中。

3.2 信号的递达（Delivery）

当进程从内核态返回用户态时，内核检查未决信号集。如果存在未被阻塞的信号，则执行相应的处理动作。

3.3 信号的阻塞（Blocking）

进程可以通过信号屏蔽字（Signal Mask）阻塞某些信号。被阻塞的信号会保持未决状态，直到解除阻塞。

注意：SIGKILL和SIGSTOP这两个信号无法被阻塞、忽略或捕获。

4. 信号处理方式

进程对信号的处理有三种方式：

4.1 执行默认动作

每个信号都有默认处理动作，主要包括：

Term：终止进程
Ign：忽略信号
Core：终止进程并生成core dump文件
Stop：停止进程
Cont：继续执行已停止的进程

4.2 忽略信号

使用signal()或sigaction()将信号处理设置为SIG_IGN：

c 复制代码

signal(SIGINT, SIG_IGN);  // 忽略Ctrl+C

4.3 捕获信号（自定义处理函数）

注册自定义信号处理函数：

c 复制代码

void sig_handler(int signo) {
    printf("Received signal %d\n", signo);
}

signal(SIGINT, sig_handler);

5. 信号编程实践

5.1 使用signal()函数（简单方式）

c 复制代码

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

void handler(int sig) {
    printf("捕获到信号 %d，但我不会退出！😎\n", sig);
}

int main() {
    signal(SIGINT, handler);  // 注册SIGINT处理函数
    
    printf("进程运行中，按Ctrl+C测试...\n");
    while(1) {
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

5.2 使用sigaction()函数（推荐方式）

sigaction()是更可靠的信号处理接口，提供更多控制选项：

c 复制代码

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

void handler(int sig, siginfo_t *info, void *context) {
    printf("信号 %d 来自进程 %d\n", sig, info->si_pid);
}

int main() {
    struct sigaction sa;
    memset(&sa, 0, sizeof(sa));
    
    sa.sa_sigaction = handler;
    sa.sa_flags = SA_SIGINFO;  // 使用sa_sigaction而非sa_handler
    sigemptyset(&sa.sa_mask);  // 清空信号屏蔽字
    
    sigaction(SIGUSR1, &sa, NULL);
    
    printf("进程PID: %d，等待SIGUSR1信号...\n", getpid());
    while(1) pause();  // 挂起进程，等待信号
    
    return 0;
}

5.3 发送信号

c 复制代码

#include <signal.h>
#include <sys/types.h>

// 向指定进程发送信号
kill(pid, SIGUSR1);

// 向自己发送信号
raise(SIGUSR1);

// 设置定时器信号
alarm(5);  // 5秒后发送SIGALRM

6. 可靠信号与不可靠信号

6.1 不可靠信号的问题

早期UNIX的标准信号（1-31）存在以下问题：

信号丢失：相同信号多次到达时，只记录一次
竞态条件：信号处理函数执行期间，可能再次收到同一信号
信号处理函数重入：可能导致数据不一致

6.2 可靠信号的优势

实时信号（SIGRTMIN-SIGRTMAX）解决了这些问题：

支持排队：多个相同信号不会丢失
携带数据 ：可通过sigqueue()传递额外信息
有序递送：按照发送顺序处理

c 复制代码

union sigval value;
value.sival_int = 100;
sigqueue(pid, SIGRTMIN, value);  // 发送实时信号并携带数据

7. 信号在实际开发中的应用

7.1 优雅退出

捕获SIGTERM信号实现资源清理：

c 复制代码

volatile sig_atomic_t keep_running = 1;

void sig_handler(int sig) {
    keep_running = 0;  // 设置退出标志
}

int main() {
    signal(SIGTERM, sig_handler);
    
    while(keep_running) {
        // 业务逻辑
    }
    
    // 清理资源
    printf("正在清理资源...\n");
    return 0;
}

7.2 子进程管理

处理SIGCHLD信号回收子进程，避免僵尸进程：

c 复制代码

void sigchld_handler(int sig) {
    while(waitpid(-1, NULL, WNOHANG) > 0);  // 非阻塞回收
}

signal(SIGCHLD, sigchld_handler);

7.3 定时任务

使用SIGALRM实现定时功能：

c 复制代码

void alarm_handler(int sig) {
    printf("定时器触发！⏰\n");
    alarm(10);  // 重新设置10秒定时器
}

signal(SIGALRM, alarm_handler);
alarm(10);  // 首次设置

总结

信号机制是Linux进程间通信的重要组成部分，虽然它传递的信息量有限，但其异步特性使其在系统编程中不可或缺。掌握信号机制需要理解以下要点：

✅ 信号的本质 ：软件层面的异步通知机制

✅ 信号分类 ：标准信号与实时信号的区别

✅ 处理方式 ：默认、忽略、捕获三种模式

✅ 可靠性问题 ：使用sigaction()代替signal()

✅ 实际应用：优雅退出、子进程管理、定时任务等场景

在实际开发中，应优先使用sigaction()函数和实时信号，避免不可靠信号带来的竞态条件和信号丢失问题。同时，信号处理函数应保持简洁，避免调用非异步信号安全的函数。

【Linux】信号机制详解：进程间通信的核心

【Linux】信号机制详解：进程间通信的核心

摘要

目录

1. 信号机制概述

1.1 信号的本质

1.2 信号的来源

2. 信号的分类与常见信号

2.1 标准信号（1-31号）

2.2 实时信号（34-64号）

3. 信号的生命周期

3.1 信号的产生（Generation）

3.2 信号的递达（Delivery）

3.3 信号的阻塞（Blocking）

4. 信号处理方式

4.1 执行默认动作

4.2 忽略信号

4.3 捕获信号（自定义处理函数）

5. 信号编程实践

5.1 使用signal()函数（简单方式）

5.2 使用sigaction()函数（推荐方式）

5.3 发送信号

6. 可靠信号与不可靠信号

6.1 不可靠信号的问题

6.2 可靠信号的优势

7. 信号在实际开发中的应用

7.1 优雅退出

7.2 子进程管理

7.3 定时任务

总结

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