Python signal 模块详解：优雅处理异步事件

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在 Linux 或类 Unix 系统中，信号（Signal）是一种用于进程间通信的机制，允许操作系统或其他进程向目标进程发送异步通知。
Python 的 signal 模块提供了对这些信号的访问和处理能力，使得我们可以在 Python 程序中捕获和响应特定的系统信号。

官方文档：signal — Set handlers for asynchronous events — Python 3.11.5 documentation

📦 模块简介

signal 模块允许我们：

• 注册自定义的信号处理函数；
• 忽略特定的信号；
• 设置定时器，在指定时间后发送信号；
• 暂停程序执行，等待信号的到来。

需要注意的是，signal 模块主要在类 Unix 系统（如 Linux、macOS）中使用，某些功能在 Windows 上可能不被支持。

🔧 常用方法和属性

1. signal.signal(signalnum, handler)

用于为指定的信号注册处理。signalnum 是信号编号，handler 是信号处理程序，可以是自定义的函数（接受两个参数：signum 和 frame），也可以是特殊值 signal.SIG_IGN、 signal.SIG_DFL之一。

• signal.SIG_IGN：忽略该信号；​
• signal.SIG_DFL：使用默认的信号处理方式。

import signal

def handler(signum, frame):
    print(f"Received signal: {signum}")

signal.signal(signal.SIGINT, handler)

上述代码将 SIGINT（通常由 Ctrl+C 触发）信号绑定到自定义的 handler 函数。

2. signal.alarm(seconds)

设置一个定时器，在指定的秒数后向进程发送 SIGALRM 信号。如果参数为 0，则取消之前设置的定时器。

import signal
import time

def timeout_handler(signum, frame):
    print("Timeout!")
    exit(1)

signal.signal(signal.SIGALRM, timeout_handler)
signal.alarm(5)  # 5 秒后触发 SIGALRM

time.sleep(10)

运行上述代码，程序将在 5 秒后打印 “Timeout!” 并退出。

3. signal.pause()

使程序暂停执行，直到接收到一个信号并处理完毕。

import signal

def handler(signum, frame):
    print(f"Handled signal: {signum}")

signal.signal(signal.SIGUSR1, handler)
print("Waiting for signal...")
signal.pause()

执行上述代码后，程序将暂停，直到接收到 SIGUSR1 信号。

4. os.kill(pid, sig)

向指定的进程发送信号。其中 pid 是进程 ID，sig 是信号编号。

import os
import signal

os.kill(12345, signal.SIGTERM)

上述代码向进程 ID 为 12345 的进程发送 SIGTERM（终止）信号。

🧪 实际应用示例

示例 1：处理用户自定义信号

import signal
import os
import time

def custom_handler(signum, frame):
    print(f"Received signal: {signum}")

signal.signal(signal.SIGUSR1, custom_handler)
print(f"My PID is {os.getpid()}")

while True:
    print("Waiting...")
    time.sleep(3)

运行上述代码后，程序将每 3 秒打印一次 “Waiting…”。在另一个终端中，使用以下命令向该进程发送信号：

kill -USR1 <PID>

其中 <PID> 是程序运行时打印的进程ID。发送信号后，程序将调用 custom_handler 函数，打印接收到的信编号。

示例 2：忽略特定信号

import signal
import time

signal.signal(signal.SIGINT, signal.SIG_IGN)
print("Press Ctrl+C. It will be ignored.")

while True:
    time.sleep(1)

运行上述代码后，按下 Ctrl+C，程序不会被中断，因为 SIGINT 信号被忽略了。

⚠️ 注意事项

• 线程限制：signal 模块的信号处理函数只能在主线程中注册和执行。在子线程中注册信号处理函数将引发 ValueError异常。

• 平台兼容：某些信号（如 SIGALRM）在 Windows 上不被支持，因此相关功能可能无法在 Windows 系统上正常工作。

• 信号处理的时机：Python 的信号处理是异步的，信号处理函数会在主线程的下一个安全点（如执行字节码指令时）被调用，而不是立即执行。

📚 参考资料

1. Python 官方文档：signal 模块
2. Signal:python用信号处理程序的机制及用法举例_signal.signal-优快云博客
3. Python之signal模块的使用 - 小粉优化大师 - 博客园