Linux 信号（Signal）

1. 什么是信号

信号（Signal）是 Linux/Unix 中进程间通信的一种机制。

本质：

软件层面的"中断"
用于通知进程发生了某种事件

例如：

信号	含义
SIGINT	Ctrl + C
SIGSEGV	段错误
SIGFPE	除0异常
SIGALRM	闹钟超时
SIGCHLD	子进程退出

2. 信号的生命周期

一个信号从产生到处理：

text 复制代码

产生 -> 保存(pending) -> 阻塞(block)判断 -> 递达(deliver) -> 处理

Linux 内核维护：

pending 表（是否收到）
block 表（是否阻塞）

3. 信号产生方式

Linux 中常见五种信号产生方式：

方式	示例
终端按键	Ctrl + C
硬件异常	除0、段错误
软件条件	alarm
显式发送	kill
系统事件	子进程退出

4. kill 发送信号

4.1 kill 系统调用

函数：

cpp 复制代码

int kill(pid_t pid, int sig);

作用：

向指定进程发送信号。

4.2 示例：实现 mykill

源代码

cpp 复制代码

//实现kill命令

void Usage(string proc)
{
    cout << "Usage:\n\t " << proc << " <pid>\n" << endl;
}

//mykill signum pid
int main(int argc, char* argv[])
{
    if(argc != 3)
    {
        Usage(argv[0]);
        exit(1);
    }

    int signum = stoi(argv[1]);
    pid_t pid = stoi(argv[2]);

    int n = kill(pid, signum);

    if(n == -1)
    {
        perror("kill");
        cout << "kill process failed" << endl;
        exit(2);
    }

    cout << "kill process success" << endl;

    return 0;
}

4.3 使用方式

bash 复制代码

./mykill 2 12345

表示：

向 pid 为 12345 的进程发送：

text 复制代码

SIGINT(2)

5. signal 信号捕获

5.1 signal 函数

函数原型：

cpp 复制代码

void (*signal(int signum, void (*handler)(int)))(int);

作用：

为指定信号注册处理函数。

5.2 示例

源代码

cpp 复制代码

void myhandler(int signum)
{
    cout << "process get a signal: " << signum << endl;
}

int main()
{
    signal(SIGINT, myhandler);

    int cnt = 10;

    while(cnt--)
    {
        cout << "i am a process" << endl;
        sleep(1);
    }

    return 0;
}

5.3 运行效果

按：

text 复制代码

Ctrl + C

会触发：

text 复制代码

SIGINT

然后执行：

cpp 复制代码

myhandler()

6. alarm 闹钟信号

6.1 alarm 函数

cpp 复制代码

unsigned int alarm(unsigned int seconds);

作用：

指定 seconds 秒后发送：

text 复制代码

SIGALRM

6.2 示例

源代码

cpp 复制代码

void work()
{
    cout << "work..." << endl;
}

void MyHandler(int signum)
{
    work();

    int n = alarm(5);

    cout << "剩余时间: " << n << endl;
}

int main()
{
    signal(SIGALRM, MyHandler);

    int n = alarm(50);

    while(1)
    {
        cout << "running..." << endl;
        sleep(1);
    }

    return 0;
}

6.3 特点

alarm 只触发一次

需要在处理函数中：

cpp 复制代码

alarm(5);

重新设置。

6.4 返回值

cpp 复制代码

alarm()

上一次闹钟剩余时间。

7. 硬件异常信号

7.1 除0异常

源代码

cpp 复制代码

signal(SIGFPE, myhandler);

int a = 10;
a /= 0;

会产生：

text 复制代码

SIGFPE

7.2 段错误

例如：

cpp 复制代码

int* p = nullptr;
*p = 100;

产生：

text 复制代码

SIGSEGV

8. 子进程退出信号 SIGCHLD

8.1 子进程退出

当子进程退出时：

内核向父进程发送：

text 复制代码

SIGCHLD

8.2 waitpid 获取退出信息

源代码

cpp 复制代码

pid_t rid = waitpid(id, &status, 0);

if(rid == id)
{
    cout << "child quit info, rid: "
         << rid
         << ", exit code: "
         << ((status>>8)&0xFF)
         << ", exit signal: "
         << (status&0x7F)
         << ", core dump: "
         << ((status>>7)&1)
         << endl;
}

8.3 status 解析

内容	提取方式
退出码	`(status >> 8) & 0xFF`
终止信号	`status & 0x7F`
core dump	`(status >> 7) & 1`

9. 信号阻塞与 pending

9.1 sigprocmask

函数：

cpp 复制代码

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

how 参数

参数	含义
SIG_BLOCK	添加阻塞
SIG_UNBLOCK	解除阻塞
SIG_SETMASK	替换阻塞集

9.2 sigpending

函数：

cpp 复制代码

int sigpending(sigset_t *set);

作用：

获取 pending 信号集。

9.3 pending 打印函数

源代码

cpp 复制代码

void PrintPending(sigset_t &pending)
{
    for(int signo = 1; signo < 32; signo++)
    {
        if(sigismember(&pending, signo))
        {
            cout << "1";
        }
        else
        {
            cout << "0";
        }
    }

    cout << endl;
}

9.4 屏蔽 SIGINT 示例

源代码

cpp 复制代码

signal(2, handler);

sigset_t bset, oldset;

sigemptyset(&bset);
sigemptyset(&oldset);

sigaddset(&bset, 2);

sigprocmask(SIG_SETMASK, &bset, &oldset);

int cnt = 0;

sigset_t pending;

while(1)
{
    sigpending(&pending);

    PrintPending(pending);

    sleep(1);

    cnt++;

    if(cnt == 20)
    {
        cout<<"unblock signal 2"<<endl;

        sigprocmask(SIG_SETMASK,
                    &oldset,
                    nullptr);
    }
}

9.5 现象

按：

text 复制代码

Ctrl + C

后：

信号不会立即处理
pending 对应位变成 1

解除阻塞后：

cpp 复制代码

handler()

立即执行。

10. 哪些信号不能阻塞

以下信号不能被阻塞：

信号	含义
SIGKILL(9)	强制杀死
SIGSTOP(19)	强制暂停

原因：

内核必须保证：

text 复制代码

进程一定能被终止

11. sigaction

相比 signal：

cpp 复制代码

sigaction

更可靠、更强大。

11.1 struct sigaction

源代码

cpp 复制代码

 struct sigaction 结构体
 struct sigaction 
{
     void     (*sa_handler)(int);      // 信号处理函数指针（类似 signal）
     void     (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *); // 扩展处理函数
     sigset_t sa_mask;                 // 在处理该信号时额外要阻塞的信号集
     int      sa_flags;                // 控制信号处理行为的标志位
     void     (*sa_restorer)(void);    // 已废弃，不再使用
};

11.2 注册信号处理

源代码

cpp 复制代码

struct sigaction act, oact;

memset(&act, 0, sizeof(act));
memset(&oact, 0, sizeof(oact));

sigemptyset(&act.sa_mask);

sigaddset(&act.sa_mask, 4);
sigaddset(&act.sa_mask, 3);

act.sa_handler = handler;

sigaction(2, &act, &oact);

11.3 sa_mask 作用

表示：

在处理当前信号期间：

额外阻塞哪些信号。

例如：

cpp 复制代码

sigaddset(&act.sa_mask, 3);

则处理 SIGINT 时：

text 复制代码

SIGQUIT

也会被阻塞。

12. pending 位什么时候清零？

问题：

text 复制代码

pending 位什么时候从1变0？

答案：

text 复制代码

在调用处理函数之前

即：

text 复制代码

先清 pending
再执行 handler

13. 信号处理期间自动阻塞

Linux 规定：

当某信号正在处理时：

该信号会自动加入 block 表。

防止：

text 复制代码

信号处理函数嵌套调用

14. volatile 与信号

volatile 关键字用于确保 flag 变量在每次访问时都从内存中读取, 而不是从寄存器中读取，这在多线程环境中特别有用, 因为多个线程可能会同时访问 flag 变量, 而优化器可能会假设 flag 变量的值不会改变

14.1 示例

源代码

cpp 复制代码

volatile int flag = 0;

void handler_2(int signum)
{
    cout<< "catch a signal, signal number: "
        << signum << endl;

    flag = 1;
}

void test_2()
{
    signal(2, handler_2);

    while(!flag)
    {
        cout << "process quit normal" << endl;
        sleep(2);
    }
}

14.2 为什么需要 volatile

避免：

text 复制代码

编译器优化

导致：

cpp 复制代码

while(!flag)

死循环。

15. SIGCHLD 异步回收子进程

15.1 信号方式回收

源代码

cpp 复制代码

void handler_3(int signum)
{
    pid_t rid;

    while((rid = waitpid(-1,
                         nullptr,
                         WNOHANG)) > 0)
    {
        cout<< "child process quit: "
            << rid
            << endl;
    }
}

15.2 WNOHANG

表示：

text 复制代码

非阻塞回收

避免：

text 复制代码

handler 阻塞

15.3 自动回收子进程

Linux 支持：父进程调用sigaction，将SIGCHLD信号处理为SIG_IGN, 则父进程不会收到SIGCHLD信号, 子进程结束时, 会自动回收子进程的资源

cpp 复制代码

signal(SIGCHLD, SIG_IGN);

效果：

text 复制代码

子进程退出自动回收

无需：

cpp 复制代码

wait()

15.4 示例

源代码

cpp 复制代码

void test_3()
{
    signal(17, SIG_IGN);

    for(int i = 0; i < 10; i++)
    {
        pid_t id = fork();

        if(id == 0)
        {
            while(1)
            {
                cout<< "I am a child process: "
                    << getpid()
                    << endl;

                sleep(5);

                break;
            }

            cout << "child process quit !!!"
                 << endl;

            exit(0);
        }

        sleep(rand() % 5 + 1);
    }

    while(1)
    {
        cout<< "I am a parent process: "
            << getpid()
            << endl;

        sleep(1);
    }
}

16. Linux 信号核心知识总结

16.1 信号处理流程

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产生
 ↓
pending
 ↓
block 判断
 ↓
递达
 ↓
handler

16.2 signal 与 sigaction

函数	特点
signal	简单
sigaction	推荐使用

16.3 pending 与 block

名称	含义
pending	已收到未处理
block	是否阻塞

16.4 常考问题

Q1：SIGKILL 能捕获吗？

不能。

Q2：SIGSTOP 能屏蔽吗？

不能。

Q3：信号会排队吗？

普通信号：

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不会

实时信号：

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会

Q4：handler 中能调用 printf 吗？

严格来说：

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不安全

因为：

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printf 不是异步信号安全函数