Linux C信号集（Signal Set）

在 Linux C 编程中，信号集（Signal Set） 是用于批量管理信号的数据结构，核心作用是 “打包” 多个信号（如标记信号是否被阻塞、是否处于待处理状态），配合信号相关系统调用（如 sigprocmask、sigpending）实现对信号的精细化控制。

一、信号集的核心数据结构

Linux 中通过标准库定义的 sigset_t 类型表示信号集，其本质是一个 “位掩码”：每个信号对应 sigset_t 中的一个比特位，比特位为 1 表示信号在集合中，为 0 表示不在集合中。

• 定义位置：<signal.h> 头文件中（具体实现依赖系统，无需用户手动定义）。
• 用途限制：sigset_t 是 “opaque 类型”（抽象类型），禁止直接通过位运算操作，必须使用标准库提供的 “信号集操作函数” 修改和查询。

二、信号集的核心操作函数

所有信号集的操作都通过 <signal.h> 提供的标准函数实现，按功能可分为 “初始化 / 清空”“添加 / 删除信号”“查询信号” 三类，下表整理了常用函数：

函数原型	功能描述	返回值
int sigemptyset(sigset_t *set)	初始化信号集 set，清空所有信号（所有比特位设为 0）	成功返回 0，失败返回 -1（设置 errno）
int sigfillset(sigset_t *set)	初始化信号集 set，包含所有已定义的信号（所有比特位设为 1）	成功返回 0，失败返回 -1（设置 errno）
int sigaddset(sigset_t *set, int signum)	将信号 signum添加到信号集 set中（对应比特位设为 1）	成功返回 0，失败返回 -1（signum 无效时出错）
int sigdelset(sigset_t *set, int signum)	将信号 signum 从信号集 set中删除（对应比特位设为 0）	成功返回 0，失败返回 -1（signum无效时出错）
int sigismember(const sigset_t *set, int signum)	判断信号 signum是否在信号集 set中	在集合中返回 1，不在返回 0，失败返回 -1

注意事项：

1. 初始化必须优先：使用 sigaddset/sigdelset 前，必须先调用 sigemptyset 或 sigfillset 初始化信号集，否则 sigset_t 的初始值不确定，操作会出错。
2. 信号编号有效性：signum 必须是有效的信号编号（如 SIGINT、SIGQUIT，范围 1 ~ NSIG-1），不能是 0 或大于 NSIG 的值（NSIG 是系统定义的最大信号编号）。

三、信号集的核心应用场景

信号集本身不直接处理信号，而是作为 “参数” 传递给系统调用，实现对信号的阻塞控制和待处理信号查询，这是信号集最核心的两个用途。

场景 1：信号阻塞（Signal Blocking）

Linux 内核为每个进程维护一个 “信号阻塞集（Signal Mask）”，若某个信号在阻塞集中，内核会暂时 “屏蔽” 该信号：信号触发后不会立即执行处理函数，而是标记为 “待处理（Pending）”，直到信号被从阻塞集中移除。

通过 sigprocmask 系统调用修改进程的信号阻塞集，语法如下：

#include <signal.h>

// how：控制阻塞集的修改方式
// set：新的信号集（若非NULL，按how修改阻塞集）
// oldset：保存原阻塞集（若非NULL，将修改前的阻塞集存入）
int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset);

关键参数 how 的取值：

how 值	含义
SIG_BLOCK	将 set 中的信号 “添加” 到阻塞集（阻塞新信号）
SIG_UNBLOCK	将 set 中的信号从阻塞集 “移除”（解除阻塞）
SIG_SETMASK	将阻塞集 “替换” 为 set （完全覆盖原阻塞集）

场景 2：查询待处理信号（Pending Signals）

进程中被阻塞的信号触发后，会进入 “待处理状态”。通过 sigpending 系统调用可以查询当前进程的 “待处理信号集”，语法如下：

#include <signal.h>

// 将当前进程的待处理信号集存入 `set`
int sigpending(sigset_t *set);

返回值：成功返回 0，失败返回 -1（设置 errno）。

四、完整示例：信号集的实际使用

以下代码主要演示了信号（signal）的阻塞（block）与解除阻塞（unblock）机制，通过SIGINT信号（用户按下Ctrl+C触发）的处理，展示了如何控制信号在特定时间段内不被响应，以及何时允许响应。

#include <signal.h>   // 信号处理相关函数（如signal、sigprocmask等）
#include <stdio.h>    // 标准输入输出（但代码中未直接使用，主要用的是unistd.h的write）
#include <unistd.h>   // 系统调用（如write、sleep）
#include <stdlib.h>   // 标准库函数（如exit）

static void int_handle()
{
    write(1, "123", 3);  // 向标准输出（stdout）写入字符串"123"（长度3）
}

int main()
{
    int i,j;                  // 循环控制变量
    sigset_t set;             // 信号集（用于存放一组信号，类似“信号容器”）

    signal(SIGINT, int_handle); // 注册SIGINT信号的处理函数：按Ctrl+C时执行int_handle
    /*
    信号集操作函数
    sigemptyset(&set); // 清空信号集
    sigaddset(&set, SIGINT); // 将SIGINT信号加入信号集
    sigdelset(&set, SIGINT); // 将SIGINT信号从信号集中删除
    */
    sigemptyset(&set);        // 清空信号集set（初始化为空，不包含任何信号）
    sigaddset(&set, SIGINT);  // 将SIGINT信号添加到信号集set中（现在set里只有SIGINT）

    for (i = 0; i < 5; i++) // 外层循环5次，每次循环演示“阻塞信号→执行任务→解除阻塞”
    {
        /*
        信号屏蔽函数
        sigprocmask(SIG_BLOCK, &set, NULL); // 阻塞SIGINT信号
        sigprocmask(SIG_UNBLOCK, &set, NULL); // 解除阻塞SIGINT信号
        */
        sigprocmask(SIG_BLOCK, &set, NULL); // ① 阻塞SIGINT信号（不让SIGINT进来）
        for (j = 0; j < 3; j++)            // ② 执行“受保护任务”：打印3个*（耗时3秒）
        {
            write(1, "*", 1);              // 打印1个星号*
            sleep(1);                      // 休眠1秒（模拟任务执行时间）
        }
        write(1, "\n", 1);                 // 打印换行（3个*后换行）
        sigprocmask(SIG_UNBLOCK, &set, NULL); // ③ 解除SIGINT阻塞（允许SIGINT进来）
    }
    exit(0);
}
/*
信号阻塞：通过sigprocmask(SIG_BLOCK, ...)可以“保护”一段代码不被特定信号打断，直到调用SIG_UNBLOCK解除阻塞后才处理信号。
• 不可靠信号特性：SIGINT是不可靠信号（不会排队），如果阻塞期间多次按Ctrl+C，解除阻塞后只会处理1次（打印1次"123"）。
• 信号集作用：sigset_t、sigemptyset、sigaddset用于定义“需要阻塞的信号列表”，方便批量控制多个信号的阻塞状态。
*/

以下示例演示：使用信号集阻塞 SIGINT（Ctrl+C）信号，触发信号后查询待处理状态，最后解除阻塞并处理信号。

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

// 信号处理函数（仅打印提示）
void sigint_handler(int signum) {
    printf("\n收到 SIGINT 信号（编号：%d），已处理！\n", signum);
}

int main() {
    sigset_t block_set, pending_set, old_set;
    struct sigaction act;

    // 1. 设置 SIGINT 的处理函数
    act.sa_handler = sigint_handler;
    sigemptyset(&act.sa_mask);  // 处理信号时不阻塞其他信号
    act.sa_flags = 0;
    if (sigaction(SIGINT, &act, NULL) == -1) {
        perror("sigaction 失败");
        exit(1);
    }

    // 2. 初始化信号集：阻塞集中仅包含 SIGINT
    sigemptyset(&block_set);    // 清空信号集
    sigaddset(&block_set, SIGINT);  // 添加 SIGINT 到阻塞集

    // 3. 修改进程阻塞集：阻塞 SIGINT，保存原阻塞集到 old_set
    printf("开始阻塞 SIGINT（Ctrl+C），持续 5 秒...\n");
    if (sigprocmask(SIG_BLOCK, &block_set, &old_set) == -1) {
        perror("sigprocmask 失败");
        exit(1);
    }

    // 4. 等待 5 秒：此期间按 Ctrl+C 会触发 SIGINT，但被阻塞（待处理）
    sleep(5);

    // 5. 查询待处理信号集
    if (sigpending(&pending_set) == -1) {
        perror("sigpending 失败");
        exit(1);
    }
    // 判断 SIGINT 是否在待处理集中
    if (sigismember(&pending_set, SIGINT)) {
        printf("查询到：SIGINT 信号处于待处理状态\n");
    } else {
        printf("查询到：无待处理的 SIGINT 信号\n");
    }

    // 6. 解除阻塞：恢复原阻塞集（移除 SIGINT 的阻塞）
    printf("开始解除 SIGINT 阻塞...\n");
    if (sigprocmask(SIG_SETMASK, &old_set, NULL) == -1) {
        perror("sigprocmask 恢复失败");
        exit(1);
    }

    // 7. 解除阻塞后，待处理的 SIGINT 会立即被处理
    printf("阻塞已解除，等待信号处理（按任意键退出）...\n");
    getchar();
    return 0;
}

示例运行流程：

1. 程序启动后，先阻塞 SIGINT，并提示 “持续阻塞 5 秒”。
2. 在 5 秒内按 Ctrl+C：SIGINT 被阻塞，不会立即执行处理函数。
3. 5 秒后查询待处理信号：会显示 “SIGINT 处于待处理状态”。
4. 解除阻塞后：待处理的 SIGINT 会立即触发处理函数，打印 “收到信号”。

五、常见注意事项

1. 不可阻塞的信号：SIGKILL（9）和 SIGSTOP（19）是内核强制信号，无法被阻塞、忽略或捕获，任何修改这两个信号的操作都会失败。
2. 信号集的初始化：忘记调用 sigemptyset/sigfillset 直接操作 sigset_t，会导致未定义行为（如信号集初始值乱码）。
3. 线程安全：sigprocmask 是 “进程级” 调用，在多线程程序中需使用 pthread_sigmask（线程级信号阻塞集），避免影响其他线程。
4. 待处理信号的生命周期：信号解除阻塞后，若存在待处理的该信号，内核会立即处理一次（即使该信号被多次触发，待处理状态也只会记录一次，即 “信号丢失”）。