LinkedIn SRE学院：深入理解Linux信号机制

陈革牧Perry

于 2025-06-05 09:10:54 发布

阅读量271

点赞数 4

CC 4.0 BY-SA版权

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/gitblog_00927/article/details/148441866

LinkedIn SRE学院：深入理解Linux信号机制

school-of-sre linkedin/school-of-sre: 这是一个用于培训软件可靠性工程师（SRE）的在线课程。适合用于需要学习软件可靠性工程和运维技能的场景。特点：内容丰富，涵盖多种软件可靠性工程领域知识，具有实践案例和课程资料。项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/sc/school-of-sre

信号与中断的基本概念

在Linux系统中，**信号(Signal)**是一种软件中断机制，用于通知进程发生了某种事件。理解信号机制对于系统可靠性工程师(SRE)至关重要，因为它直接关系到进程管理和系统稳定性。

信号本质上是一种异步通知机制，类似于硬件中断，但发生在软件层面。当信号发生时，当前执行流程会被暂停，系统转而处理信号事件。处理完成后，原来的执行流程会恢复。

信号主要分为三类触发源：

硬件中断：如键盘输入Ctrl+C
软件中断：如进程调用kill()系统调用
异常：如除零错误或非法内存访问

信号的分类与特性

Linux系统中的信号可以分为两大类：

标准信号（传统信号）

标准信号是Unix系统早期就存在的信号类型，编号范围1-31。每个标准信号都有预定义的行为和用途。例如：

SIGINT(2)：终端中断信号（Ctrl+C）
SIGKILL(9)：强制终止信号
SIGTERM(15)：优雅终止信号

标准信号的主要限制在于：

只有SIGUSR1和SIGUSR2可供应用程序自由使用
不支持信号排队，多次发送同一信号可能只被处理一次

实时信号

实时信号是POSIX.1b引入的增强型信号机制，解决了标准信号的诸多限制：

更大的编号范围：32-64，提供更多应用自定义信号
信号排队：同一信号的多次发送会被依次处理
附带数据：可以携带整数或指针类型的数据
优先级保证：低编号信号优先处理

信号的生命周期

信号从产生到处理经历三个阶段：

生成(Generation)：事件触发信号产生
递送(Delivery)：信号被传递到目标进程
处理(Handling)：进程执行信号处理动作

在信号递送前，它处于**挂起(Pending)**状态。进程可以通过信号掩码(Signal Mask)来暂时阻塞特定信号，被阻塞的信号会保持挂起状态直到解除阻塞。

信号处理方式

进程对信号的处理有三种基本方式：

默认处理：执行系统预定义的动作
- 忽略信号（如SIGCHLD）
- 终止进程（如SIGTERM）
- 生成核心转储并终止（如SIGSEGV）
- 暂停进程（如SIGSTOP）
- 恢复执行（如SIGCONT）

自定义处理：注册信号处理函数

import signal

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

signal.signal(signal.SIGINT, handler)

忽略信号：明确指示系统丢弃该信号

值得注意的是，某些信号（如SIGKILL和SIGSTOP）不能被捕获或忽略，这是为了确保系统管理员始终有办法控制进程。

常见信号详解

下表列出了Linux系统中最重要的20个信号：

| 信号名称 | 编号 | 默认动作 | 说明 | |---------|------|----------|------| | SIGHUP | 1 | 终止 | 终端挂断或控制进程终止 | | SIGINT | 2 | 终止 | 键盘中断(Ctrl+C) | | SIGQUIT | 3 | 核心转储 | 键盘退出(Ctrl+) | | SIGILL | 4 | 核心转储 | 非法指令 | | SIGTRAP | 5 | 核心转储 | 断点陷阱 | | SIGABRT | 6 | 核心转储 | 异常终止 | | SIGBUS | 7 | 核心转储 | 总线错误 | | SIGFPE | 8 | 核心转储 | 浮点异常 | | SIGKILL | 9 | 终止 | 强制终止(不可捕获) | | SIGUSR1 | 10 | 终止 | 用户自定义信号1 | | SIGSEGV | 11 | 核心转储 | 段错误 | | SIGUSR2 | 12 | 终止 | 用户自定义信号2 | | SIGPIPE | 13 | 终止 | 管道破裂 | | SIGALRM | 14 | 终止 | 定时器信号 | | SIGTERM | 15 | 终止 | 终止信号 | | SIGSTKFLT | 16 | 终止 | 协处理器栈错误 | | SIGCHLD | 17 | 忽略 | 子进程状态变化 | | SIGCONT | 18 | 继续 | 恢复执行 | | SIGSTOP | 19 | 停止 | 停止进程(不可捕获) | | SIGTSTP | 20 | 停止 | 终端停止(Ctrl+Z) |

信号发送方式

在实际系统运维中，我们主要通过三种方式发送信号：

kill命令：

kill -9 1234  # 发送SIGKILL给PID为1234的进程

键盘组合键：
- Ctrl+C → SIGINT
- Ctrl+Z → SIGTSTP
- Ctrl+\ → SIGQUIT

程序内发送：

kill(pid, SIGTERM);  // 发送SIGTERM给指定进程

信号处理实践

理解信号处理最好的方式是通过实际例子。让我们看一个Python中的信号处理示例：

import signal
import time

def graceful_exit(signum, frame):
    print("\nReceived signal", signum)
    # 执行清理工作
    print("Performing cleanup...")
    time.sleep(2)  # 模拟清理操作
    print("Cleanup complete. Exiting.")
    exit(0)

# 注册信号处理函数
signal.signal(signal.SIGINT, graceful_exit)
signal.signal(signal.SIGTERM, graceful_exit)

print("Running... Press Ctrl+C to test")
while True:
    time.sleep(1)

这个例子展示了如何优雅地处理终止信号，在退出前完成必要的清理工作。这对于SRE设计可靠服务非常重要。

信号与进程状态

信号在进程生命周期管理中扮演着关键角色，特别是涉及**僵尸进程(Zombie)和孤儿进程(Orphan)**时：

僵尸进程：子进程终止后，父进程未调用wait()读取其退出状态，导致进程表中保留条目。解决方法：
- 父进程设置SIGCHLD处理函数
- 在处理函数中调用waitpid()回收子进程
孤儿进程：父进程先于子进程终止，子进程被init/systemd(PID=1)接管。系统会自动处理孤儿进程。

wait()系统调用与SIGCHLD信号密切相关。当子进程终止时，内核会向父进程发送SIGCHLD信号，父进程应调用wait()来回收子进程资源。