Linux信号集操作函数详解

[1. 信号集概述](#1. 信号集概述)
[2. 信号集的基本操作函数](#2. 信号集的基本操作函数)
- [2.1 初始化和清空信号集](#2.1 初始化和清空信号集)
- [2.2 进程信号掩码操作](#2.2 进程信号掩码操作)
- [2.3 检查挂起的信号](#2.3 检查挂起的信号)
- [2.4 等待信号](#2.4 等待信号)
[3. 高级信号集操作](#3. 高级信号集操作)
- [3.1 信号集与字符串转换](#3.1 信号集与字符串转换)
- [3.2 多线程环境中的信号处理](#3.2 多线程环境中的信号处理)
[4. 实际应用案例](#4. 实际应用案例)
- [4.1 安全地处理临界区](#4.1 安全地处理临界区)
- [4.2 等待特定信号](#4.2 等待特定信号)
[5. 注意事项](#5. 注意事项)
[6. 总结](#6. 总结)

1. 信号集概述

在Linux系统中，信号集(sigset_t)是用来表示一组信号的数据结构。它本质上是一个位掩码，每一位对应一个特定的信号。信号集操作函数允许我们方便地管理多个信号，常用于信号屏蔽、信号等待等场景。

信号集的主要用途包括：

设置进程的信号掩码（阻塞/非阻塞特定信号）
检查挂起的信号
等待特定信号的发生

2. 信号集的基本操作函数

2.1 初始化和清空信号集

c 复制代码

#include <signal.h>

int sigemptyset(sigset_t *set);      // 清空信号集，所有信号位设为0
int sigfillset(sigset_t *set);       // 填充信号集，所有信号位设为1
int sigaddset(sigset_t *set, int signo);   // 向信号集中添加信号
int sigdelset(sigset_t *set, int signo);   // 从信号集中删除信号
int sigismember(const sigset_t *set, int signo); // 检查信号是否在信号集中

示例代码：

c 复制代码

sigset_t mask;
sigemptyset(&mask);      // 初始化空信号集
sigaddset(&mask, SIGINT); // 添加SIGINT信号
sigaddset(&mask, SIGQUIT); // 添加SIGQUIT信号

if (sigismember(&mask, SIGINT)) {
    printf("SIGINT is in the signal set\n");
}

2.2 进程信号掩码操作

c 复制代码

int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset);

how参数指定操作方式：

SIG_BLOCK：将set中的信号添加到当前阻塞信号集中
SIG_UNBLOCK：从当前阻塞信号集中移除set中的信号
SIG_SETMASK：将当前阻塞信号集设置为set

使用示例：

c 复制代码

sigset_t new_mask, old_mask;

sigemptyset(&new_mask);
sigaddset(&new_mask, SIGINT);

// 阻塞SIGINT信号，并保存旧的信号掩码
if (sigprocmask(SIG_BLOCK, &new_mask, &old_mask) == -1) {
    perror("sigprocmask");
    exit(EXIT_FAILURE);
}

// 临界区代码，不会被SIGINT中断

// 恢复旧的信号掩码
if (sigprocmask(SIG_SETMASK, &old_mask, NULL) == -1) {
    perror("sigprocmask");
    exit(EXIT_FAILURE);
}

2.3 检查挂起的信号

c 复制代码

int sigpending(sigset_t *set);

该函数获取当前被阻塞且处于挂起状态的信号集。

示例：

c 复制代码

sigset_t pending;

if (sigpending(&pending) == -1) {
    perror("sigpending");
    exit(EXIT_FAILURE);
}

if (sigismember(&pending, SIGINT)) {
    printf("SIGINT is pending\n");
}

2.4 等待信号

c 复制代码

int sigsuspend(const sigset_t *mask);

该函数临时将进程的信号掩码设置为mask，然后挂起进程直到收到一个信号。信号处理函数执行完毕后，sigsuspend返回，并恢复原来的信号掩码。

典型用法：

c 复制代码

sigset_t empty_mask;
sigemptyset(&empty_mask);

// 原子操作：解除信号阻塞并等待
sigsuspend(&empty_mask);

3. 高级信号集操作

3.1 信号集与字符串转换

c 复制代码

#include <string.h>

int sigsetfromstr(sigset_t *set, const char *str);
int sigsettostr(const sigset_t *set, char *str, size_t maxlen);

这些函数（非标准）可以方便地在信号集和字符串表示之间转换。

3.2 多线程环境中的信号处理

在多线程程序中，应使用pthread_sigmask而不是sigprocmask：

c 复制代码

#include <pthread.h>

int pthread_sigmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset);

用法与sigprocmask类似，但作用范围是调用线程而非整个进程。

4. 实际应用案例

4.1 安全地处理临界区

c 复制代码

void critical_section(void)
{
    sigset_t new_mask, old_mask;
    
    // 阻塞SIGINT和SIGTERM
    sigemptyset(&new_mask);
    sigaddset(&new_mask, SIGINT);
    sigaddset(&new_mask, SIGTERM);
    
    if (pthread_sigmask(SIG_BLOCK, &new_mask, &old_mask) != 0) {
        perror("pthread_sigmask");
        return;
    }
    
    // 执行临界区代码
    // ...
    
    // 恢复信号掩码
    if (pthread_sigmask(SIG_SETMASK, &old_mask, NULL) != 0) {
        perror("pthread_sigmask");
    }
}

4.2 等待特定信号

c 复制代码

void wait_for_signal(void)
{
    sigset_t wait_mask;
    int sig;
    
    sigemptyset(&wait_mask);
    sigaddset(&wait_mask, SIGUSR1);
    sigaddset(&wait_mask, SIGUSR2);
    
    printf("Waiting for SIGUSR1 or SIGUSR2...\n");
    
    // 阻塞所有信号除了wait_mask中的信号
    sigprocmask(SIG_BLOCK, &wait_mask, NULL);
    
    // 等待信号
    sigwait(&wait_mask, &sig);
    
    printf("Received signal %d\n", sig);
}

5. 注意事项

信号编号范围 ：不同系统可能有不同的信号编号范围，使用前应检查<signal.h>中的定义。
实时信号：对于实时信号（SIGRTMIN到SIGRTMAX），信号集操作同样适用。
可重入性：信号处理函数中应避免使用非可重入函数，如printf、malloc等。
原子性 ：sigsuspend提供了原子性的"解除阻塞+等待"操作，比单独调用sigprocmask和pause更安全。
多线程：在多线程程序中，信号处理是进程范围的，但信号掩码是线程范围的。

6. 总结

Linux信号集操作函数为信号处理提供了灵活而强大的工具集。通过合理使用这些函数，可以实现：

精确控制哪些信号会被阻塞
安全地处理临界区代码
高效地等待特定信号
在多线程环境中正确管理信号

掌握这些函数对于编写健壮的、可响应信号的Linux应用程序至关重要。在实际开发中，应根据具体需求选择合适的函数组合，并注意信号处理的原子性和线程安全性问题。