Linux信号保存与处理机制详解
Linux信号的保存与处理涉及多个关键机制，以下是详细的总结：
1. 信号的保存
- 进程描述符（task_struct）：每个进程的PCB中包含信号相关信息。
- pending信号集：记录已到达但未处理的信号（未决信号）。每个信号对应一个位，置1表示信号待处理。
- blocked信号屏蔽字：标识被阻塞（屏蔽）的信号。被屏蔽的信号将暂不递送，直到解除屏蔽。
- 实时信号队列：实时信号（SIGRTMIN~SIGRTMAX）支持排队，内核为每个进程维护多个队列，确保多次发送的同一信号被依次处理。
2. 信号的处理方式
- 默认动作：如终止进程（SIGTERM）、忽略（SIGCHLD）或生成核心转储（SIGSEGV）。
- 忽略信号：通过
SIG_IGN显式忽略，但SIGKILL和SIGSTOP不可忽略。 - 自定义处理函数：用户注册的信号处理函数（通过
signal()或sigaction()），需注意函数需为异步信号安全。
3. 信号处理流程
- 信号产生：通过硬件（如除零）、终端（Ctrl+C）、
kill()系统调用等方式触发。 - 记录到pending：内核将信号标记在目标进程的pending集合中。
- 递送检查：在进程从内核态返回用户态时（如系统调用结束、中断处理完成），检查未被屏蔽的pending信号。
- 执行处理函数：
- 内核临时切换到用户态执行处理函数。
- 处理函数返回后，通过
sigreturn系统调用恢复原上下文。 - 默认情况下，正在处理的信号会被自动阻塞，防止重入。
4. 关键系统调用与函数
- sigprocmask：修改进程的信号屏蔽字，控制哪些信号被阻塞。
- sigaction：设置信号处理方式，支持设置SA_RESTART（自动重启被中断的系统调用）及SA_SIGINFO（携带额外信息）。
- sigpending：获取当前未决的信号集。
- kill/raise：向进程或自身发送信号。
- alarm：设置定时器发送SIGALRM。
5. 实时信号 vs 非实时信号
- 非实时信号（标准信号）：如SIGINT、SIGTERM，不支持排队，多次发送可能丢失。
- 实时信号：通过
sigqueue()发送并附带数据，支持可靠排队，确保多次信号被依次处理。
6. 多线程中的信号处理
- 线程拥有独立的信号屏蔽字，但信号处理函数为进程内共享。
- 信号可定向到特定线程（如通过
pthread_kill()），未处理的信号由主线程处理。
7. 注意事项
- 可重入性：处理函数应使用异步信号安全函数（如
write()），避免调用printf()、malloc()等非安全函数。 - 原子性：通过
sig_atomic_t类型变量在信号处理函数与主程序间安全传递状态。 - 竞态条件：正确处理信号屏蔽与临界区保护，防止条件竞争。
示例场景
#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>void handler(int sig) {write(STDOUT_FILENO, "Received SIGINT!\n", 17);
}int main() {struct sigaction sa;sa.sa_handler = handler;sigemptyset(&sa.sa_mask);sa.sa_flags = SA_RESTART;sigaction(SIGINT, &sa, NULL);while(1) {pause(); // 等待信号}return 0;
}
此代码注册SIGINT的处理函数，按下Ctrl+C时打印消息，处理期间自动阻塞SIGINT，避免递归调用。
总结
理解Linux信号的保存与处理机制，需掌握信号的生命周期（产生、保存、递送）、处理函数的设计约束（可重入性、安全性），以及多线程环境下的复杂性。合理使用信号能提升程序的健壮性，但需谨慎处理异步事件带来的挑战。