深入理解Linux信号机制：从基础到高级应用-优快云博客

家族类型	信号编号	特点	常见成员
标准信号	1-31	历史悠久，功能固定	`SIGINT`(2)、`SIGKILL`(9)、`SIGTERM`(15)
实时信号	34-64	功能强大，支持排队	`SIGRTMIN`到`SIGRTMAX`

2.2 必须掌握的6大核心信号

小白应该优先掌握这些"信号界的大明星"：

SIGINT(2)：Ctrl+C发送，像礼貌的"请结束吧"
```
# 触发方式：键盘按Ctrl+C
```
SIGTERM(15)：默认终止信号，像正式的辞职信
```
# 触发方式：kill <PID>
```
SIGKILL(9)：强制终止，像突然拔电源
```
# 触发方式：kill -9 <PID> （慎用！）
```

SIGSEGV(11)：段错误，像导航说"前方无路"

// 典型错误：访问NULL指针
int *p = NULL;
*p = 10;  // 触发SIGSEGV

SIGALRM(14)：定时器信号，像厨房计时器
```
alarm(5);  // 5秒后发送SIGALRM
```
SIGCHLD(17)：子进程状态变化，像家长群通知
```
// 子进程退出时父进程收到此信号
```

⚠️ 特别注意：SIGKILL(9)和SIGSTOP(19)是"超级管理员信号"——无法被捕获或忽略，系统保留的最后控制手段

三、信号产生：四种"信号诞生方式"

信号就像快递，有不同发货渠道：

3.1 键盘快递（终端产生）

Ctrl+C → 发送SIGINT
Ctrl+\ → 发送SIGQUIT
Ctrl+Z → 发送SIGTSTP

💡 实验时间：运行sleep 100然后尝试这些快捷键，观察效果！

3.2 系统调用快递（代码产生）

C语言中可以这样发送信号：

// 案例1：让其他进程结束（像微信发消息）
kill(1234, SIGTERM);  // 结束PID为1234的进程

// 案例2：让自己结束（像自杀笔记）
raise(SIGTERM);  // 等价于kill(getpid(), SIGTERM)

3.3 硬件异常快递（CPU产生）

当程序"做坏事"时，CPU会自动报警：

错误类型	触发信号	典型代码
除零错误	`SIGFPE`	`int a = 10/0;`
非法内存访问	`SIGSEGV`	`(int)0 = 1;`
非法指令	`SIGILL`	执行机器不认识的指令

3.4 软件条件快递（系统产生）

系统在某些条件下会自动发信号：

管道破裂：读端关闭后继续写 → SIGPIPE
定时器到期：alarm()设置的时间到 → SIGALRM

四、信号处理：三种"应对策略"

收到信号后，进程有三种应对方式，就像处理来电：

4.1 默认处理（接听电话）

// 恢复SIGINT的默认行为（终止进程）
signal(SIGINT, SIG_DFL);

4.2 忽略信号（静音模式）

// 忽略SIGINT（Ctrl+C将失效）
signal(SIGINT, SIG_IGN);

4.3 自定义处理（语音信箱）

void handler(int sig) {
    printf("收到%d信号！\n", sig);
}
signal(SIGINT, handler);  // 设置自定义处理函数

🛠 最佳实践：现代程序应该使用更强大的sigaction()代替signal()：

struct sigaction sa;
sa.sa_handler = handler;
sigemptyset(&sa.sa_mask);
sa.sa_flags = 0;
sigaction(SIGINT, &sa, NULL);

五、实战演练：从零编写信号处理程序

5.1 基础版：捕获Ctrl+C

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

void handle_sigint(int sig) {
    printf("\n收到SIGINT信号！输入exit退出\n> ");
}

int main() {
    signal(SIGINT, handle_sigint);  // 注册处理函数
    
    char cmd[100];
    while(1) {
        printf("> ");
        scanf("%s", cmd);
        if(strcmp(cmd, "exit") == 0) break;
        printf("执行命令: %s\n", cmd);
    }
    return 0;
}

运行效果：

按Ctrl+C不会退出，而是提示输入exit
程序变得更友好，防止误操作退出

5.2 进阶版：优雅退出

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

volatile sig_atomic_t should_exit = 0;

void handle_terms(int sig) {
    printf("\n收到终止信号，开始清理...\n");
    should_exit = 1;  // 设置退出标志
}

int main() {
    struct sigaction sa;
    sa.sa_handler = handle_terms;
    sigemptyset(&sa.sa_mask);
    sa.sa_flags = 0;
    
    // 注册SIGTERM和SIGINT
    sigaction(SIGTERM, &sa, NULL);
    sigaction(SIGINT, &sa, NULL);

    printf("程序PID: %d\n", getpid());
    printf("用 kill %d 或 Ctrl+C 测试\n", getpid());
    
    while(!should_exit) {
        printf("工作中...\n");
        sleep(1);
    }
    
    // 清理资源
    printf("关闭文件...\n");
    printf("释放内存...\n");
    printf("退出成功！\n");
    return 0;
}

关键技巧：

使用sig_atomic_t保证标志变量的原子性
主循环检查退出标志而非直接退出
注册多个信号共用同一个处理函数

六、深入原理：信号如何被保存和处理？

6.1 内核的"信号管理三部曲"

pending位图：记录已收到但未处理的信号（像未读消息）
block位图：决定哪些信号被暂时屏蔽（像消息免打扰）
handler表：存储每个信号的处理方式

6.2 信号阻塞：临时"信号防火墙"

sigset_t newset;
sigemptyset(&newset);
sigaddset(&newset, SIGINT);  // 把SIGINT加入屏蔽集

// 设置屏蔽字（开始屏蔽）
sigprocmask(SIG_BLOCK, &newset, NULL);

// ... 这里不会被SIGINT打断 ...

// 解除屏蔽
sigprocmask(SIG_UNBLOCK, &newset, NULL);

6.3 查看未决信号：检查"未读消息"

sigset_t pendings;
sigpending(&pendings);
if(sigismember(&pendings, SIGINT)) {
    printf("有未处理的SIGINT信号！\n");
}

七、常见陷阱与最佳实践

7.1 新手常踩的"信号坑"

在信号处理函数中调用不可重入函数
```
void handler(int sig) {
    printf("危险操作！");  // printf不是异步信号安全的！
}
```
✅ 正确做法：只设置标志位或使用write()等安全函数
忽视信号排队问题
- 标准信号不排队，连续发送可能丢失
- 实时信号（34-64）支持排队
滥用SIGKILL
- 导致资源无法释放
- 应该优先使用SIGTERM+custom handler

7.2 专业开发者的信号准则

保持处理函数简单：像中断处理程序一样精简
使用sigaction而非signal：功能更全面可靠

注意多线程环境：

// 主线程设置信号屏蔽
sigset_t set;
sigfillset(&set);
pthread_sigmask(SIG_BLOCK, &set, NULL);

// 专用线程处理信号
pthread_create(&thread, NULL, signal_thread, NULL);

八、扩展应用：信号的高级玩法

8.1 定时器功能

#include <unistd.h>
alarm(10);  // 10秒后发送SIGALRM

8.2 进程监控

// 父进程监控子进程退出
void handle_sigchld(int sig) {
    pid_t pid;
    int status;
    while((pid = waitpid(-1, &status, WNOHANG)) > 0) {
        printf("子进程%d退出\n", pid);
    }
}
signal(SIGCHLD, handle_sigchld);

8.3 实时信号应用

// 发送实时信号
sigqueue(pid, SIGRTMIN+5, (union sigval){.sival_int=123});

// 接收端使用sa_sigaction而非sa_handler
sa.sa_flags = SA_SIGINFO;
sa.sa_sigaction = handler;