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
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
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
//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
./mykill 2 12345表示：
向 pid 为 12345 的进程发送：
text
SIGINT(2)5. signal 信号捕获
5.1 signal 函数
函数原型：
cpp
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
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
Ctrl + C会触发：
text
SIGINT然后执行：
cpp
myhandler()6. alarm 闹钟信号
6.1 alarm 函数
cpp
unsigned int alarm(unsigned int seconds);作用：
指定 seconds 秒后发送：
text
SIGALRM6.2 示例
源代码
cpp
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
alarm(5);重新设置。
6.4 返回值
cpp
alarm()返回：
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
signal(SIGFPE, myhandler);
int a = 10;
a /= 0;会产生：
text
SIGFPE7.2 段错误
例如：
cpp
int* p = nullptr;
*p = 100;产生：
text
SIGSEGV8. 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
SIGCHLD8.2 waitpid 获取退出信息
源代码
cpp
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
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
int sigpending(sigset_t *set);作用：
获取 pending 信号集。
9.3 pending 打印函数
源代码
cpp
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
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
Ctrl + C后：
- 信号不会立即处理
- pending 对应位变成 1
解除阻塞后：
cpp
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
进程一定能被终止11. sigaction
相比 signal：
cpp
sigaction更可靠、更强大。
11.1 struct sigaction
源代码
cpp
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
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
sigaddset(&act.sa_mask, 3);则处理 SIGINT 时：
text
SIGQUIT也会被阻塞。
12. pending 位什么时候清零？
问题：
text
pending 位什么时候从1变0？答案：
text
在调用处理函数之前即：
text
先清 pending
再执行 handler13. 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
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
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
编译器优化导致：
cpp
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
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
非阻塞回收避免：
text
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
signal(SIGCHLD, SIG_IGN);效果：
text
子进程退出自动回收无需：
cpp
wait()15.4 示例
源代码
cpp
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
text
产生
↓
pending
↓
block 判断
↓
递达
↓
handler16.2 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：
text
不会实时信号：
text
会Q4：handler 中能调用 printf 吗？
严格来说：
text
不安全因为：
text
printf 不是异步信号安全函数