Linux进程信号详解（三）：信号保存

当前阶段

一、信号递达、未决与阻塞

在深入代码之前，必须先搞清楚三个容易混淆的概念：

术语	英文	含义
递达	Delivery	实际执行信号的处理动作（默认、忽略或自定义）
未决	Pending	信号从产生之后到递达之前所处的状态
阻塞	Block	进程可以选择阻止某个信号递达。被阻塞的信号产生后将保持在未决状态，直到解除阻塞

⚠️ 重点区分：阻塞 ≠ 忽略

阻塞：信号还没被处理，只是因为"被屏蔽"而暂时无法递达。解除阻塞后，信号仍然会递达。

忽略：信号已经递达了，只是处理动作选择了"忽略"而已。

注：信号未决。信号在位图中，还没来得及处理

打个比方：阻塞就像你把快递员拒之门外，快递还在门口等着；忽略就像你收了快递但直接扔掉了。一个是不让进来，一个是进来后不处理。

二、在内核中的表示

信号在内核中表示示意图：

每个信号都有两个标记位分别表示阻塞 (block) 和未决(pending)，还有一个函数指针表示处理动作。信号产生时，内核在进程控制块中设置该信号的未决标志，直到信号递达才清除该标志。上图， SIGHUP信号未阻塞也未产生过，当它递达时执行默认处理动作
SIGINT信号产生过，但正在被阻塞，所以暂时不能递达 。虽然它的处理动作是忽略，但在没有解除阻塞之前，不能忽略这个信号，因为进程仍然有机会改变动作之后再解除阻塞。
SIGQUIT信号未产生过，一旦产生SIGQUIT信号将被阻塞，它的处理动作是用户自定义含函数sighandler。

每个进程的PCB（task_struct）中，与信号相关的核心数据结构有三部分：

blocked位图 ：记录了哪些信号被阻塞（1表示阻塞）。
pending位图 ：记录了哪些信号已经产生但尚未递达（1表示未决）。
handler数组：记录了每个信号的处理函数指针（SIG_DFL、SIG_IGN或用户函数地址）。

2.1 handler

复制代码

#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <sys/types.h>
#include <functional> 
#include <vector>
 
void handler(int sig)
{
    std::cout << "hello sig :" << sig << std::endl;
    signal(2,SIG_DFL); //2默认动作是终止
    std::cout << "恢复处理动作" << std::endl; 
}
int main()
{
    //signal(2,handler); //自定义捕捉
    //signal(2,SIG_IGN); //忽略信号

    while(true)
    {
        sleep(1);
        std::cout << ". " << std::endl;
    }

    return 0;
}

2.2 相关知识解释

Q1：block 和 pending 有没有什么关系 ?

没有对应的约束关系;如果你收到了消息，当时阻塞了，消息就显示不出来了

三、信号集 ------ sigset_t 类型

验证信号保存的话题： Linux提供信号操作：一定是围绕着这三张表展开的

3.1 附加话题 - 位图如何设置的

sigset_t是信号集类型，本质是一个位图，我们不能直接用位操作（&/|/~）修改它 ，必须使用 Linux 提供的信号集操作函数，这是操作信号阻塞的核心工具。

3.2 信号集操作函数

sigset_t 类型对于每种信号用一个 bit 表示 "有效" 或 "无效"状态，**至于这个类型内部如何存储这些 bit 则依赖于系统实现，从使用者的角度是不必关心的，**使用者只能调用一下函数来操作sigset_t 变量，而不应该对它的内部数据做任何解释，比如用printf直接打印sigset_t 变量是没有意义的。

为了操作blocked和pending位图，Linux提供了sigset_t类型（通常是一个整数或结构体，用于表示多个信号的集合）。我们可以使用以下函数来操作信号集：

复制代码

#include <signal.h>

int sigemptyset(sigset_t *set);      // 清空集合（所有信号位=0）
int sigfillset(sigset_t *set);       // 填满集合（所有信号位=1）
int sigaddset(sigset_t *set, int signo);   // 将signo加入集合
int sigdelset(sigset_t *set, int signo);   // 将signo从集合中删除
int sigismember(const sigset_t *set, int signo); // 测试signo是否在集合中

所有函数成功返回0，出错返回-1。
sigismember返回1表示是成员，0表示不是，-1表示出错。

⚠️ 重要：使用sigset_t变量前，必须先用sigemptyset或sigfillset初始化，否则结果不可预料。

四、更改信号屏蔽字 ------ sigprocmask

sigprocmask函数可以读取或更改进程的信号屏蔽字 （也就是blocked位图）。

复制代码

#include <signal.h>
int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oset);

how	含义
`SIG_BLOCK`	将`set`中的信号添加到当前屏蔽字中（blocked \|= set）
`SIG_UNBLOCK`	将`set`中的信号从当前屏蔽字中移除（blocked &= ~set）
`SIG_SETMASK`	直接将当前屏蔽字设置为`set`

如果oset非空，则之前的屏蔽字被备份到oset中。
如果set为NULL，则how被忽略，仅用于获取当前屏蔽字。

核心使用场景

阻塞某个信号 ：用SIG_BLOCK将信号添加到 block 位图。
解除某个信号的阻塞 ：用SIG_UNBLOCK将信号从 block 位图中移除。
重置阻塞信号集 ：用SIG_SETMASK直接替换整个 block 位图。
获取当前阻塞信号集 ：set传NULL，oldset传信号集指针，获取当前 block 位图。

五、获取未决信号集 ------ sigpending

sigpending函数用于获取当前进程的未决信号集（pending位图）。

复制代码

#include <signal.h>
int sigpending(sigset_t *set);

将当前的pending位图通过set参数传出。
成功返回0，出错返回-1。

Q：为什么只给我提供输出型参数？难道不给我们修改pending位图吗？

六、阻塞SIGINT并观察pending变化

复制代码

#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <sys/types.h>
#include <functional>
#include <vector>
#include <cstdio>

void PrintfPending(sigset_t &pending)
{
    printf("我是一个进程(%d),pending: ",getpid());
    for (int signo = 31; signo >= 1; signo--)
    {
        if (sigismember(&pending, signo))
        {
            std::cout << "1";
        }
        else
        {
            std::cout << "0";
        }
    }
    std::cout << std::endl;
}

int main()
{
    // 1.屏蔽2号信号
    sigset_t block, oblock;
    // 先把位图全部清空
    sigemptyset(&block);
    sigemptyset(&oblock);
    // 2号信号添加到集合里
    sigaddset(&block, SIGINT);
    int n = sigprocmask(SIG_SETMASK, &block, &oblock);
    (void)n;

    // 4.重复获取/打印过程
    while (true)
    {
        // 2.获取pending信号集合
        sigset_t pending;
        int m = sigpending(&pending);

        // 3.打印
        PrintfPending(pending);
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

6.1 不可被捕捉信号

要是把所有的信号都给屏蔽了，所有信号都不可以递达，程序不久金刚不坏了？？？

6.2 0->1->0

复制代码

#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <sys/types.h>
#include <functional>
#include <vector>
#include <cstdio>

void handler(int sig)
{
    std::cout << "递达2号信号" << std::endl;
}

void PrintfPending(sigset_t &pending)
{
    printf("我是一个进程(%d),pending: ", getpid());
    for (int signo = 31; signo >= 1; signo--)
    {
        if (sigismember(&pending, signo))
        {
            std::cout << "1";
        }
        else
        {
            std::cout << "0";
        }
    }
    std::cout << std::endl;
}

int main()
{
    signal(SIGINT,handler);
    // 1.屏蔽2号信号
    sigset_t block, oblock;
    // 先把位图全部清空
    sigemptyset(&block);
    sigemptyset(&oblock);
    // 2号信号添加到集合里
    sigaddset(&block, SIGINT);

    //把所有信号都屏蔽了？这ok？？？
    // for (int i = 1; i < 32; i++)
    //     sigaddset(&block, i);

    int n = sigprocmask(SIG_SETMASK, &block, &oblock);
    (void)n;

    int cnt = 0;
    // 4.重复获取/打印过程
    while (true)
    {
        // 2.获取pending信号集合
        sigset_t pending;
        int m = sigpending(&pending);

        // 3.打印
        PrintfPending(pending);
        if(cnt == 10)
        {
            sigprocmask(SIG_SETMASK,&oblock,nullptr); 
            std::cout << "解除对2号的屏蔽" << std::endl;
        }
        sleep(1);
        cnt++;
    }
    return 0;
}

6.3 解除屏蔽 pending的变化

递达之后，才清0 ？

递达之前，清理？

结论：当我们准备递达的时候，要首先清空pending 信号集中对应的位图 1-> 0

七、为什么阻塞时信号不会递达？

在进程从内核态返回用户态时（例如系统调用结束、中断处理完毕），内核会执行以下逻辑：

检查 pending 位图 & (~blocked 位图)

如果存在非零位，说明有信号没有被阻塞且处于未决状态，内核就会处理该信号（执行对应的handler或默认动作）。而被阻塞的信号，即使pending=1，也因为blocked对应位为1而被掩码过滤掉，不会递达。

当解除阻塞后，内核再次检查时，该信号就会满足条件，从而递达。

八、常见误区与注意事项

8.1 阻塞 ≠ 忽略

操作	效果	信号是否会丢失？
阻塞（block）	信号暂不递达，解除阻塞后会递达	不会（常规信号多次产生只记一次）
忽略（ignore）	信号递达后什么都不做	信号已经递达，只是动作是忽略

8.2 常规信号的pending是位图，不是队列

如果进程阻塞了SIGINT，然后在阻塞期间**连续按下10次Ctrl+C，最终解除阻塞后，handler只会被调用一次。因为pending位图只能记录"有"或"没有"，不能记录次数。 这就是常规信号（不可靠信号）**的特点。实时信号（34~64）则支持队列，可以记录多次。

8.3 SIGKILL和SIGSTOP无法被阻塞

**这两个信号是"终极"信号，用于强制终止或停止进程，不受阻塞和自定义捕捉的影响。**这是系统设计的安全底线。

8.4 sigprocmask的使用约束

在多线程程序中，sigprocmask的行为是未定义的，应该使用pthread_sigmask。
不能阻塞SIGKILL和SIGSTOP，但函数不会报错（会被内核忽略）。

Linux进程信号详解（三）：信号保存

一、 信号递达、未决与阻塞

二、在内核中的表示

2.1 handler

2.2 相关知识解释

三、信号集 ------ sigset_t 类型

3.1 附加话题 - 位图如何设置的

3.2 信号集操作函数

四、 更改信号屏蔽字 ------ sigprocmask

五、获取未决信号集 ------ sigpending

六、阻塞SIGINT并观察pending变化

6.1 不可被捕捉信号

6.2 0->1->0

6.3 解除屏蔽 pending的变化

七、为什么阻塞时信号不会递达？

八、 常见误区与注意事项

8.1 阻塞 ≠ 忽略

8.2 常规信号的pending是位图，不是队列

8.3 SIGKILL和SIGSTOP无法被阻塞

8.4 sigprocmask的使用约束

一、信号递达、未决与阻塞

四、更改信号屏蔽字 ------ sigprocmask

八、常见误区与注意事项