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Unix/Linux 系统编程中用于管理信号处理行为的核心概念或模型

web 2025/8/14 2:18:13

在 Unix/Linux 系统编程中，管理信号处理行为涉及以下核心概念和模型，它们共同构成了信号处理的框架：

1. 信号（Signal）模型

软件中断：信号是异步事件通知机制，类比硬件中断
预定义类型：SIGINT (Ctrl+C)、SIGTERM (终止请求)、SIGSEGV (段错误) 等标准信号
生命周期：
1. 生成（Generation）：事件触发信号产生
2. 递送（Delivery）：内核将信号传递给目标进程
3. 处理（Handling）：进程执行注册的处理动作

2. 信号处理行为控制

行为类型	说明	设置方式
默认行为	系统预定义行为（终止/忽略/暂停）	`SIG_DFL`
忽略信号	丢弃信号不做任何响应	`SIG_IGN`
自定义处理函数	用户注册的信号处理例程	函数指针

3. 关键控制机制

(1) 信号阻塞（Blocking）

目的：临时阻止信号递送

实现：

sigset_t mask;
sigemptyset(&mask);
sigaddset(&mask, SIGINT);
sigprocmask(SIG_BLOCK, &mask, NULL);  // 阻塞SIGINT

特点：
- 被阻塞的信号处于**挂起（Pending）**状态
- sigpending() 可获取挂起信号集
- 解除阻塞后立即递送

(2) 信号屏蔽（Masking）

执行处理函数时自动生效：
- 当前处理的信号自动被屏蔽（除非设置 SA_NODEFER）
- 通过 sa_mask 指定额外屏蔽的信号集
作用：防止信号处理函数被重入

4. 信号处理模型

(1) 单次处理模型

struct sigaction sa = {.sa_handler = handler,.sa_flags = SA_RESETHAND  // 处理一次后恢复默认行为
};

特点：类似传统 signal() 的行为
风险：信号再次发生时可能触发默认行为（如终止进程）

(2) 持久处理模型

struct sigaction sa = {.sa_handler = handler,.sa_flags = 0  // 持续有效
};

特点：处理函数保持激活状态
最佳实践：配合信号阻塞使用

(3) 实时信号处理模型

struct sigaction sa = {.sa_sigaction = rt_handler,.sa_flags = SA_SIGINFO | SA_RESTART
};

特点：
- 支持信号排队（避免丢失）
- 可携带附加信息（发送者PID、错误地址等）
- 使用 sigqueue() 发送：
```
union sigval value = {.sival_int = 42};
sigqueue(pid, SIGRTMIN+1, value);
```

5. 关键系统调用

系统调用	用途
`sigaction()`	注册信号处理行为（核心接口）
`sigprocmask()`	控制进程信号屏蔽集
`sigsuspend()`	原子操作：设置屏蔽集 + 等待信号
`kill()`/`raise()`	发送信号（跨进程/自身）
`sigaltstack()`	设置备选信号栈（处理栈溢出信号）

6. 特殊处理场景

(1) 系统调用中断处理

问题：慢速系统调用（如 read()）被信号中断

解决方案：

struct sigaction sa = {.sa_handler = handler,.sa_flags = SA_RESTART  // 自动重启被中断的系统调用
};

(2) 信号竞争处理

临界区保护模式：

sigset_t new_mask, old_mask;
sigemptyset(&new_mask);
sigaddset(&new_mask, SIGINT);// 进入临界区前阻塞信号
sigprocmask(SIG_BLOCK, &new_mask, &old_mask);/* 临界区代码（不会被SIGINT中断） */// 等待可能发生的信号
sigsuspend(&old_mask);// 恢复原始屏蔽集
sigprocmask(SIG_SETMASK, &old_mask, NULL);

(3) 子进程终止处理

void sigchld_handler(int sig) {while (waitpid(-1, NULL, WNOHANG) > 0); // 非阻塞回收所有僵尸进程
}// 注册处理
struct sigaction sa = {.sa_handler = sigchld_handler,.sa_flags = SA_RESTART | SA_NOCLDSTOP
};
sigaction(SIGCHLD, &sa, NULL);

7. 安全编程模型

异步信号安全（Async-signal-safe）：
- 信号处理函数中只能调用异步安全函数（如 write(), _exit()）
- 禁止调用非可重入函数（malloc, printf 等）

自包含状态：

volatile sig_atomic_t flag = 0;  // 信号安全标志void handler(int sig) {flag = 1;  // 仅设置标志，主循环中处理
}

备选信号栈：

stack_t ss = {.ss_sp = malloc(SIGSTKSZ), .ss_size = SIGSTKSZ
};
sigaltstack(&ss, NULL);  // 设置备选栈struct sigaction sa = {.sa_handler = handler,.sa_flags = SA_ONSTACK  // 使用备选栈
};

概念关系图

+---------------------+
|   信号产生源         | (硬件/内核/进程)
+----------+----------+| 生成信号v
+---------------------+
|   内核信号队列       | (实时信号排队)
+----------+----------+| 递送决策v
+---------------------+  阻塞？   +----------+
|   进程信号屏蔽集     +--------->| 挂起状态 |
+----------+----------+          +----------+| 未阻塞？v
+---------------------+
|   信号处理分发       |
|  +----------------+ |
|  | 默认行为处理    | |
|  | 忽略信号       | |
|  | 自定义处理函数  | |
|  +----------------+ |
+---------------------+|v
+---------------------+
|   处理函数执行环境   |
|  - 自动信号屏蔽     |
|  - 备选信号栈       |
|  - 中断系统调用     |
+---------------------+

这些核心概念共同构成了 Unix/Linux 信号处理的完整模型，开发者需要理解其交互机制才能编写出健壮可靠的信号处理代码。

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http://www.xdnf.cn/news/17290.html