Linux信号机制详解：阻塞信号集与未决信号集

文章目录

- 前言
- [1. 阻塞信号集（Signal Mask）](#1. 阻塞信号集（Signal Mask）)
- [2. 未决信号集（Pending Signal Set）](#2. 未决信号集（Pending Signal Set）)
- [3. 两者关系与信号递达流程](#3. 两者关系与信号递达流程)
- [4. 相关系统调用简要说明](#4. 相关系统调用简要说明)
- [5. 示例代码片段（查看 pending 与 mask）](#5. 示例代码片段（查看 pending 与 mask）)
- 6.示例代码详解
- - [6.1 print_sigset函数](#6.1 print_sigset函数)
  - [6.2 main函数](#6.2 main函数)
  - - [6.2.1 信号集初始化与阻塞](#6.2.1 信号集初始化与阻塞)
    - [6.2.2 等待用户发送信号](#6.2.2 等待用户发送信号)
    - [6.2.3 查看挂起信号](#6.2.3 查看挂起信号)
    - [6.2.4 解除信号阻塞](#6.2.4 解除信号阻塞)
  - [6.3 执行流程](#6.3 执行流程)
  - [6.4 关键知识点](#6.4 关键知识点)
  - [6.5 程序运行结果分析](#6.5 程序运行结果分析)
  - [6.6 信号处理机制详解](#6.6 信号处理机制详解)

前言

在 Linux 系统中，信号（signal）是进程间通信（IPC）的一种机制，用于通知进程发生了某种事件。为了更精细地控制信号的处理行为，内核为每个进程维护了两个关键的信号集合：

阻塞信号集（Blocked Signal Set / Signal Mask）

未决信号集（Pending Signal Set）

这两个集合都以位掩码（bitmask）的形式表示，通常称为 sigset_t 类型。

1. 阻塞信号集（Signal Mask）

定义：当前被阻塞、暂不递达的信号集合。

作用：即使某个信号已经发送给进程，只要它在阻塞集中，就不会被立即处理（即不会触发信号处理函数或默认动作），而是被挂起（pending）。

修改方式：通过 sigprocmask() 系统调用修改当前进程的信号掩码。

特点：

是可编程控制的；

对实时信号（如 SIGRTMIN~SIGRTMAX）和标准信号均有效；

子进程会继承父进程的信号掩码（在 fork 时）。

2. 未决信号集（Pending Signal Set）

定义：已经发送给进程、但尚未被递达（因为被阻塞或正在处理）的信号集合。

作用：记录哪些信号"在路上"，等待解除阻塞后处理。

查看方式：可通过 sigpending() 系统调用获取当前进程的 pending 信号集。

特点：

内核自动维护，用户无法直接修改；

对于标准信号（如 SIGINT、SIGTERM），多次发送只保留一个（不可排队）；

对于实时信号（POSIX Realtime Signals），可以排队（多个实例可 pending）。

3. 两者关系与信号递达流程

当一个信号被发送给进程时，内核执行如下逻辑：

检查该信号是否在阻塞信号集（mask）中：

如果不在 → 立即递达（调用 handler 或执行默认动作）；

如果在 → 将该信号加入未决信号集（pending），暂不处理。

当进程后续通过 sigprocmask() 解除对该信号的阻塞时：

内核检查 pending 集合；

若该信号处于 pending 状态，则立即递达。

注意：信号的"递达"发生在进程从内核态返回用户态时（例如系统调用返回、中断返回等），这是信号处理的"时机点"。

4. 相关系统调用简要说明

sigsuspend 常用于"等待特定信号"的场景，它能避免竞态条件（race condition）：先解除阻塞再 sleep 可能错过信号，而 sigsuspend 是原子操作。

5. 示例代码片段（查看 pending 与 mask）

c 复制代码

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

void print_sigset(const sigset_t *set) {
    for (int i = 1; i < NSIG; i++) {
        if (sigismember(set, i))
            printf(" %d", i);
    }
    printf("\n");
}

int main() {
    sigset_t mask, pending;

    // 阻塞 SIGINT (Ctrl+C)
    sigemptyset(&mask);
    sigaddset(&mask, SIGINT);
    sigprocmask(SIG_BLOCK, &mask, NULL);

    printf("Blocked SIGINT. Now send SIGINT (e.g., press Ctrl+C).\n");
    sleep(3); // 此时 SIGINT 被阻塞，应进入 pending

    sigpending(&pending);
    printf("Pending signals:");
    print_sigset(&pending);

    printf("Unblocking SIGINT...\n");
    sigprocmask(SIG_UNBLOCK, &mask, NULL); // 此时会立即处理 pending 的 SIGINT

    return 0;
}

6.示例代码详解

运行此程序，在 sleep 期间按 Ctrl+C，会看到 SIGINT 被 pending，解除阻塞后进程退出。

这是一个用于演示Linux信号处理机制的C程序，主要功能是阻塞、查看和解除阻塞SIGINT信号（通常由Ctrl+C触发）。

6.1 print_sigset函数

c 复制代码

void print_sigset(const sigset_t *set) {
    for (int i = 1; i < NSIG; i++) {
        if (sigismember(set, i))
            printf(" %d", i);
    }
    printf("\n");
}

功能：打印信号集中的所有信号编号

参数：set - 指向信号集的指针

实现：

遍历从1到NSIG（系统支持的最大信号数）的所有信号

使用sigismember()函数检查每个信号是否在信号集中

如果存在，则打印该信号编号

6.2 main函数

6.2.1 信号集初始化与阻塞

c 复制代码

sigset_t mask, pending;

// 阻塞 SIGINT (Ctrl+C)
sigemptyset(&mask);
sigaddset(&mask, SIGINT);
sigprocmask(SIG_BLOCK, &mask, NULL);

sigset_t: 定义信号集类型的变量

sigemptyset(): 初始化信号集为空

sigaddset(): 将SIGINT信号添加到信号集中

sigprocmask(SIG_BLOCK, &mask, NULL): 阻塞mask中包含的所有信号（这里是SIGINT）

6.2.2 等待用户发送信号

c 复制代码

printf("Blocked SIGINT. Now send SIGINT (e.g., press Ctrl+C).\n");
sleep(3); // 此时 SIGINT 被阻塞，应进入 pending

提示用户发送SIGINT信号

sleep(3): 程序休眠3秒，期间如果用户按下Ctrl+C，SIGINT信号会被阻塞并进入挂起状态

6.2.3 查看挂起信号

c 复制代码

sigpending(&pending);
printf("Pending signals:");
print_sigset(&pending);

sigpending(&pending): 获取当前挂起的所有信号，并存储到pending信号集中

调用print_sigset()打印所有挂起的信号

6.2.4 解除信号阻塞

c 复制代码

printf("Unblocking SIGINT...\n");
sigprocmask(SIG_UNBLOCK, &mask, NULL); // 此时会立即处理 pending 的 SIGINT

sigprocmask(SIG_UNBLOCK, &mask, NULL): 解除mask中包含的所有信号的阻塞

当SIGINT信号解除阻塞后，系统会立即处理之前挂起的SIGINT信号，导致程序终止

6.3 执行流程

程序开始执行，初始化信号集

阻塞SIGINT信号

提示用户发送SIGINT信号并休眠3秒

如果用户在3秒内按下Ctrl+C，SIGINT信号被阻塞并进入挂起状态

程序醒来后，检查并打印所有挂起的信号

解除SIGINT信号的阻塞，系统立即处理挂起的SIGINT信号

程序终止

6.4 关键知识点

信号集(sigset_t)：用于表示一组信号的数据结构

sigprocmask()：修改进程的信号屏蔽字，控制哪些信号可以递送到进程

sigpending()：获取当前挂起的所有信号

SIG_BLOCK：向信号屏蔽字添加信号

SIG_UNBLOCK：从信号屏蔽字移除信号

挂起信号(pending signals)：已发送但被阻塞的信号

这个程序很好地演示了Linux信号处理中的阻塞和挂起机制，帮助理解信号如何在进程中被处理。

6.5 程序运行结果分析

第一次运行

c 复制代码

xxx:~/Cprogram$ ./sigtest 
Blocked SIGINT. Now send SIGINT (e.g., press Ctrl+C). 
^CPending signals: 2 
Unblocking SIGINT...

关键观察点：

程序启动后，成功阻塞了SIGINT信号

在3秒等待期间按下了Ctrl+C（显示为^C）

程序检测到并输出了挂起的信号：Pending signals: 2，其中2是SIGINT信号的编号

解除SIGINT阻塞后，系统立即处理了挂起的SIGINT信号，导致程序终止

第二次运行

c 复制代码

xxx:~/Cprogram$ ./sigtest 
Blocked SIGINT. Now send SIGINT (e.g., press Ctrl+C). 
Pending signals: 
Unblocking SIGINT...

关键观察点：

程序同样成功阻塞了SIGINT信号

但这次在3秒等待期间没有按下Ctrl+C

因此程序检测到的挂起信号列表为空：Pending signals:后没有任何信号编号

解除SIGINT阻塞后，没有需要处理的挂起信号，程序正常执行完毕

6.6 信号处理机制详解

信号编号

SIGINT信号的编号是2，这是由系统定义的标准信号编号。可以通过kill -l命令查看所有信号的编号。

信号状态转换

信号发送：当按下Ctrl+C时，终端会向当前前台进程组发送SIGINT信号

信号阻塞：由于程序使用sigprocmask(SIG_BLOCK, &mask, NULL)阻塞了SIGINT信号，该信号无法立即递送到进程

信号挂起：被阻塞的信号会进入"挂起"状态，保存在进程的挂起信号集合中

检查挂起：通过sigpending()函数可以查询当前挂起的信号集合

解除阻塞：当使用sigprocmask(SIG_UNBLOCK, &mask, NULL)解除SIGINT的阻塞后，挂起的SIGINT信号会立即递送到进程

信号处理：SIGINT的默认处理动作是终止进程，所以程序会立即终止

程序行为差异的原因

两次运行的差异完全是由是否在等待期间发送SIGINT信号导致的：

第一次运行：发送了SIGINT → 信号挂起 → 解除阻塞后处理信号 → 程序终止

第二次运行：未发送SIGINT → 无挂起信号 → 解除阻塞后正常退出

代码与运行结果的对应关系

c 复制代码

// 阻塞SIGINT信号
sigprocmask(SIG_BLOCK, &mask, NULL);

printf("Blocked SIGINT. Now send SIGINT (e.g., press Ctrl+C).\n");
sleep(3); // 这里是接收Ctrl+C的窗口

// 检查挂起信号
sigpending(&pending);
printf("Pending signals:");
print_sigset(&pending); // 这里输出是否有挂起的SIGINT(2)

// 解除阻塞
sigprocmask(SIG_UNBLOCK, &mask, NULL); // 此时会立即处理挂起的SIGINT

实际应用场景

信号阻塞机制在实际编程中有很多应用，例如：

原子操作保护：在执行关键的原子操作时，暂时阻塞某些信号，避免操作被中断

信号处理时序控制：控制信号处理的时机，确保在合适的时候处理信号

信号批量处理：先累积多个相同信号，然后在合适的时候一次性处理

这个程序很好地演示了Linux信号机制的基本概念，包括信号阻塞、挂起和处理的整个流程。