Linux 学习笔记（二十九）：进程信号（上）—— 信号捕捉与异步魔法

一、 什么是进程信号？

信号（Signal）是 Linux 操作系统中用于进程间异步通知 的一种机制，属于软中断。

就像快递员给你送快递，你不需要一直在门口等着，快递到了会打电话通知你。进程收到信号后，有三种处理方式：

1. 默认动作（SIG_DFL）：系统预设的操作，如 Ctrl+C 就是默认终止。

2. 忽略（SIG_IGN）：收到后当作没看见。

3. 自定义捕捉：执行程序员指定的自定义函数。

二、 信号的产生方式

1. 终端按键 ：如 Ctrl+C (SIGINT, 2号)、Ctrl+\ (SIGQUIT, 3号)、Ctrl+Z (SIGTSTP, 20号)。

2. 系统调用：

   • kill(pid, sig)：给指定进程发信号。

   • raise(sig)：给自己发信号。

   • abort()：给自己发 SIGABRT 信号，异常终止。

3. 软件条件 ：alarm(seconds)。调用后设置一个定时器，时间一到，内核给该进程发送 SIGALRM (14号) 信号。

4. 硬件异常：除零错误 (SIGFPE, 8号)、非法内存访问/野指针 (SIGSEGV, 11号)。

三、 实战：自定义信号捕捉

使用 signal(int signum, handler) 函数可以改变信号的处理动作。

void my_handler(int signo) {
    printf("捕捉到信号: %d\n", signo);
}

int main() {
    signal(SIGINT, my_handler); // 拦截 Ctrl+C
    while(1) {
        printf("我在死循环里等信号...\n");
        sleep(1);
    }
}

在这个实战中，进程对 Ctrl+C 产生了免疫。如果真的要退出，需要发送 9号信号 (SIGKILL)，这是一种绝对无法被捕捉和忽略的终极杀招。

四、 pause() 的妙用

pause() 函数会让当前进程进入无 CPU 消耗的挂起状态（S状态），直到进程收到一个由信号捕捉函数处理并返回的信号为止。非常适合用来做基于信号驱动的异步程序。

总结

信号是操作系统的神经系统。理解信号的自定义捕捉，是编写健壮的服务端程序（如处理优雅退出）的必备基

自我实战操作

咱们建个新目录来玩信号。

cd ~/linux_study
mkdir signal_test
cd signal_test

实战 1：让进程"刀枪不入"w

vim sig_catch.c

(输入以下代码)

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

// 自定义信号处理函数
void my_handler(int signo) {
    printf("\n[捕捉到信号] 编号: %d, 我是不会退出的！\n", signo);
}

int main() {
    // 注册捕捉函数：收到 2号信号(SIGINT, 即Ctrl+C) 时，执行 my_handler
    // 如果写 signal(SIGINT, SIG_IGN); 就是忽略该信号
    signal(SIGINT, my_handler); 

    while(1) {
        printf("我在死循环里等信号...\n");
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

编译并运行：

bash

gcc sig_catch.c -o sig_catch
./sig_catch

👉 现象 ：你在终端里猛按 Ctrl+C，它不但不会死，还会打印出你自定义的提示语！

👉 怎么退出？ ：因为 Ctrl+C 被我们拦截了，你得按 Ctrl+\（发送3号信号 SIGQUIT），或者新开一个终端用 kill -9 进程PID 杀掉它。

实战 2：体验系统调用 kill 和 raise 以及 alarm

vim sig_alarm.c

(输入以下代码)

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

void handler_alarm(int signo) {
    printf("闹钟响了！收到信号: %d\n", signo);
    exit(0);
}

int main() {
    signal(SIGALRM, handler_alarm); // 捕捉闹钟信号
    alarm(3); // 3秒后触发 SIGALRM
    
    printf("我给自己设了个3秒的闹钟，自己给自己发信号...\n");
    
    while(1) {
        pause(); // 将进程挂起，直到收到信号
    }
    return 0;
}

编译运行：

gcc sig_alarm.c -o sig_alarm
./sig_alarm

👉 现象 ：程序卡住 3 秒，然后打印"闹钟响了"，接着退出。pause() 是个非常牛的函数，它会让进程进入睡眠状态，一点 CPU 都不占，直到被信号"叫醒"。

实战 3：模拟野指针崩溃信号

vim sig_segv.c

(输入以下代码)

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

void handler(int signo) {
    printf("抓到了！信号编号: %d (段错误)\n", signo);
}

int main() {
    signal(SIGSEGV, handler); // 捕捉段错误信号 (11号)
    
    int *p = NULL;
    *p = 100; // 故意触发野指针访问异常，OS会发 SIGSEGV
    
    return 0;
}

(编译运行，你会发现原本要直接崩溃的程序，打印出了"抓到了！"，但是！它依然会崩溃。因为硬件异常哪怕你捕捉了，返回时还是会在那条非法指令处再次触发异常，形成死循环，OS最终还是会把它杀掉。这也是段错误很难"捕捉"着救回来的原因。)