Linux信号产生与处理机制学习笔记（一）

最新推荐文章于 2025-06-24 10:46:47 发布

Apollon_krj

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分类专栏： APUE 文章标签： linux 操作系统

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本文详细介绍了UNIX/Linux系统中的信号处理机制，包括信号的基本概念、信号的发送与处理方式、信号集及其操作函数等内容。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

一、信号基本概念：

中断：就是终止当前代码转而执行其他代码，中断有软件中断与硬件中断。

信号的本质：是一系列非负整数（操作系统就是这么爱用整数）。UNIX常用信号1–48,Linux常用信号1–64。每个信号都有一个宏名称（宏变量），宏变量都是以SIG（signal）开头。信号的产生时间是无规律的，不知道什么时候回来，因此对于信号的处理采取异步处理方式（函数指针信号中断）。信号是不连续的；有些信号是不存在的；不同的操作系统，对应的信号的值时不同的（宏名是一样的），故在开发时应使用宏而不是使用数字以更好的兼容不同版本LINUX/UNIX。

eg：（LINUX）SIGINT是信号2，Ctrl+c产生的信号就是SIGINT，交由操作系统处理。

kill -l:查看信号

这里写图片描述

前31个(1-31)为UNIX经典信号，后31个(34-64)为硬件驱动开发的实时信号
man 7 signal查看信号章节对各信号的介绍
eg：(对应上图)
Ctrl + c：2   SIGINT 默认终止进程
Ctrl + z：20  SIGTSTP 停止(fg + id继续运行，dg + id后台运行)
Ctrl + \：3   SIGQUIT 默认终止进程
段错误：11     SIGSEGV 非法操作内存
总线错误：7    SIGBUS 非法操作文件映射
浮点数例外：8  SIGFPE CPU不能除0(致命错误)
管道信号：13   SIFPIPE 向一个没有读端的管道写操作

二、用kill函数实现kill命令：

1、kill()函数介绍：

kill函数：
int kill(pid_t pid, int signal);
pid > 0:指定pid进程
pid == 0:与发送信号同组的进程
pid < 0:发送给指定组gid = |pid|
pid == -1:向所有权限发送信号的进程发送信号

还用一种用法：（kill -0 pid测试）指定pid，并发送0，用来测试当前用户是否拥有给某个进程发送信号的权限，如图(普通用户不具备给init进程发送信号的权力，称作为：不允许的操作)：

这里写图片描述

2、kill命令实现：

用kill函数实现简单的kill命令：
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<signal.h>
#include<sys/types.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
    if(argc < 3){
        printf("./mykill signal pid");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    if(kill((pid_t)atoi(arv[2]), atoi(argv[1])) < 0){
        perror("kill");
        exit(EXIT_FAILURE); 
    }
    return 0; 
}
/*
Ctrl + z：进程暂停放到后台，或者启动时直接加&便启动到后台运行
fg num：从后台启动到前台运行
bg num：启动到后台运行
*/

3、测试结果如图：

我们向一个死循环的后台进程发送SIGSEGV(11)信号，并且fg重新调到前台时发现报了个“段错误(核心已转储)”，其实是因为我们发送的是SIGSEGV信号而已，并非是因为段错误。
这里写图片描述

三、信号发送与处理方式：

1、信号发送方式：

我们可以在键盘上Ctrl+c、Ctrl+\来发送一些信号，在程序出错(段错误、总线错误、浮点数例外)时也会发送一些信号，另外我们常用的发送命令的方式除了键盘还有使用kill命令/kill()函数发送，当然发送信号除了以上一些方式，还有一些函数也可以实现：

int raise(int sig);函数：只能向自己发送信号
void abort(void);函数：向自己发送指定信号SIGABRT(6)
alarm()函数：可以发送信号，但不是为了发送信号而诞生的函数。

#include<unistd.h>
unsigned int alarm(unsigned int seconds);
/*只能给当前进程（调用alarm()函数的进程）发送一个SIGALRM信号的函数。*/

alarm(n); n秒之后会发送一个闹钟信号SIGALRM。闹钟函数alarm()不阻塞，SIGALRM默认处理方式是打印“闹钟”并结束进程。如果多次调用alarm()，新的闹钟会替代原有闹钟。当参数为0，表示闹钟取消。
eg：
alarm(10); //从现在起10秒后发送一个闹钟信号，默认打印“闹钟”
alarm(2); //从现在起2秒钟后发送一个信号，取消原有10中后发送
alarm(0); //取消原有闹钟
//所以最后不会打印“闹钟”两字

返回值：如果以前没有设置闹钟，或者以前设置闹钟已经结束，那么现在（新的）alarm()函数返回0,；如果以前设置alarm()没有结束，那么新的alarm()函数返回之前alarm()到发送信号剩余的时间（类似于sleep返回的剩余时间）。

2、信号处理的方式：

SIG_IGN：忽略
SIG_DEL：默认
a signal handling function：捕捉，自定义处理函数

（1）、默认处理方式：

默认处理五种方式：
①Term ： Default action is to terminate the process.
默认动作是终止进程
②Ign ： Default action is to ignore the signal.
默认动作是忽略信号(与SIG_IGN不是一个层级的)
③Core ： Default action is to terminate the process and dump core (seecore(5)).
默认动作是终止这个进程并产生一个core文件(Core Dump用于GDB调试)
④Stop ： Default action is to stop the process.
默认动作是暂停进程
⑤Cont ： Default action is to continue the process if it is currently stopped.
默认动作是继续进程(如果当前这个进程被暂停)

（2）、自定义捕捉信号：
signal、sigaction函数处理（先说signal）：

#incldue<signal.h>

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

参数：
参数与返回值都是自定义函数指针（函数名作为指针），signum是具体的信号值。handler（处理方式）除了可以设为自定义函数指针，还可以设定为SIG_IGN（忽略信号）、SIG_DFL（默认处理方式）。

返回值：
成功返回信号处理的前值（return previous value of the signal handler），错误失败返回宏SIG_ERR。

3、alarm()与signal()测试：

alarm()函数在5秒后发送一个SIGALRM（14）信号，而死循环中注册了一个SIGALRM信号，并以自定义处理方式注册。循环中每打印一次alarm n就睡眠一秒，所以5秒钟打印了5次，之后就被信号中断执行自定义信号处理函数，并且直接退出，所以返回值为exit()退出码，而不是main函数中return值：

这里写图片描述

四、信号集与信号集操作函数：

1、PCB中维护的信号集：

PCB中为信号维护了两个信号集：PEND未决信号集与Block阻塞信号集。未决信号集初始值每一位均为0，如果产生一个信号则对应bit位置为1，产生的信号如果阻塞信号集对应位置为1，则阻塞。如果不再阻塞进行下一步处理(忽略、默认、自定义)时，处理完毕则未决信号对应bit位会被重新置为0。未决信号集对应位为1时，信号状态为未决态(信号产生，没有被响应)；递达态：信号产生并且被相应(不阻塞)。未决信号集由内核自动设置，用户可读，而阻塞信号集用户可以自己设置一屏蔽某些信号。信号SIGKILL和SIGSTOP不能被忽略/阻塞。并且前三十一个信号不支持排队机制，后三十二个支持排队机制。

关于PEND未决信号集与Block阻塞信号集 的图解如图所示：

2、信号集处理函数：

sigset_t为信号集类型，sizeof(sifset_t)=128，每个信号站一个bit位，剩余的为预留位置,程序员可以操作的信号集为阻塞信号集，又叫做信号屏蔽字)。

信号屏蔽：在执行某些核心代码，我们不希望被信号意外中断，可采用屏蔽信号的方法（信号到了但是延时处理），防止写如等操作被意外终止。解除信号屏蔽以后再处理来过的被屏蔽的信号。

信号集的功能函数：

①清空、删除所有信号（全置为0）：
int sigemptyset(sigset_t * set);
②将所有信号全加入（全置为1）：
int sigfillset(sigset_t * set);
③增加1个信号：
int sigaddset(sigset_t * set,int signum);
④删除一个信号：
int sigdelset(sigset_t * set,int signum);
⑤查找元素（判断是否是现有成员）：
int sigismember(const sigset_t * set,int signum);
有返回1、无返回0

设置信号屏蔽字（屏蔽信号集）：
int sigprocmask(int how,sigset_t * new,sigset_t * old);
参数：
how是屏蔽的方式，有三种：
SIG_BLOCK：相当于或运算，在原有的基础上加上新的屏蔽信号
SIG_UNBLOCK：相当于与运算，在原有的基础上去除屏蔽的信号
SIG_SETMASK：直接重新赋值，与原有的无关
new:新的设置的信号屏蔽字，old保存之前的信号屏蔽字，如果old为NULL就是不保存原有的信号屏蔽字。当保存了原有信号屏蔽字到old，核心代码执行完毕重新设置为old信号屏蔽字时，就是取消屏蔽的过程。

获取未决信号集：
程序员虽然不能操作未决信号集，但是能够进行未决信号集的读取：
int sigpending(sigset_t * set);

3、信号屏蔽测试：

/*sigprocmask.c*/
#include<stdio.h>
#include<signal.h>
#include<sys/types.h>

void print_sigset(const sigset_t * sig_get)
{
    int i;
    for(i=1; i<32; i++){
        if(sigismember(sig_get, i) == 1)
            putchar('1');
        else
            putchar('0');
    }
    printf("\n");
}
int main(void)
{
    sigset_t set, get;
    printf("sizeof(sigset_t) = %d\n",sizeof(sigset_t));

    sigemptyset(&set);//屏蔽字清空，即全部置为0
    sigaddset(&set, SIGINT);//可以被阻塞
    sigaddset(&set, SIGQUIT);//可以被阻塞
    sigaddset(&set, SIGKILL);//不可以被阻塞，设置无效
    sigprocmask(SIG_BLOCK, &set, NULL);
    while(1){
        sigpending(&get);
        print_sigset(&get);
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

测试结果：
这里写图片描述

注意：一般，我们不对操作系统赋予了实际意义的信号进行自定义操作，而SIGUSR1与SIGUSR2这两个信号可用于用户自定义操作，因为这两个信号并没有实际意义，由程序员赋予他们意义，他们一般用于父子进程间通信，这点以后会提到。

五、可靠信号与不可靠信号：

信号分类：
1~64这62个信号分为两类：可靠信号与不可靠信号

①1–31都是不可靠信号，这种信号不支持排队，有可能丢失，是非实时信号
②34–64都是可靠信号，这种信号不支持排队，不会丢失，是实时信号

关于信号会丢失这点，我们可以做个测试：

/*
 *模拟一个需要屏蔽某种信号的环境
 *运行代码
 *重新打开一个终端
 *kill -sig pid给该进程发送信号测试
 * */
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>

void accept_signal(int sig){
    printf("接收到信号%d\n",sig);
}

int main(void)
{
    /*2，3为不可靠信号，会丢失一部分*/
    signal(SIGINT,accept_signal);
    signal(SIGQUIT,accept_signal);
    /*50为可靠信号，自行排队等待*/
    signal(50,accept_signal);
    printf("pid = %d\n",getpid());

    printf("执行普通代码，不屏蔽信号，但是未忽略的信号会中断sleep\n");
    int ret = sleep(30);
    printf("ret = %d\n",ret);

    sigset_t set_new, set_old;
    sigaddset(&set_new,SIGINT); 
    sigaddset(&set_new,SIGQUIT);
    sigaddset(&set_new,50);
    sigprocmask(SIG_SETMASK, &set_new, &set_old);/*设置屏蔽信号集*/

    printf("执行关键代码，屏蔽信号，sleep不会被屏蔽的信号中断\n");
    ret = sleep(30);
    printf("ret = %d\n",ret);
    printf("关键代码执行完毕，解除屏蔽\n");
    sigprocmask(SIG_SETMASK, &set_old, NULL);/*解除屏蔽*/
    return 0;
}