Linux信号保存与处理机制详解

Linux信号的保存与处理涉及多个关键机制，以下是详细的总结：

1. 信号的保存

• 进程描述符（task_struct）：每个进程的PCB中包含信号相关信息。
  • pending信号集：记录已到达但未处理的信号（未决信号）。每个信号对应一个位，置1表示信号待处理。
  • blocked信号屏蔽字：标识被阻塞（屏蔽）的信号。被屏蔽的信号将暂不递送，直到解除屏蔽。
• 实时信号队列：实时信号（SIGRTMIN~SIGRTMAX）支持排队，内核为每个进程维护多个队列，确保多次发送的同一信号被依次处理。

2. 信号的处理方式

• 默认动作：如终止进程（SIGTERM）、忽略（SIGCHLD）或生成核心转储（SIGSEGV）。
• 忽略信号：通过SIG_IGN显式忽略，但SIGKILL和SIGSTOP不可忽略。
• 自定义处理函数：用户注册的信号处理函数（通过signal()或sigaction()），需注意函数需为异步信号安全。

3. 信号处理流程

1. 信号产生：通过硬件（如除零）、终端（Ctrl+C）、kill()系统调用等方式触发。
2. 记录到pending：内核将信号标记在目标进程的pending集合中。
3. 递送检查：在进程从内核态返回用户态时（如系统调用结束、中断处理完成），检查未被屏蔽的pending信号。
4. 执行处理函数：
   • 内核临时切换到用户态执行处理函数。
   • 处理函数返回后，通过sigreturn系统调用恢复原上下文。
   • 默认情况下，正在处理的信号会被自动阻塞，防止重入。

4. 关键系统调用与函数

• sigprocmask：修改进程的信号屏蔽字，控制哪些信号被阻塞。
• sigaction：设置信号处理方式，支持设置SA_RESTART（自动重启被中断的系统调用）及SA_SIGINFO（携带额外信息）。
• sigpending：获取当前未决的信号集。
• kill/raise：向进程或自身发送信号。
• alarm：设置定时器发送SIGALRM。

5. 实时信号 vs 非实时信号

• 非实时信号（标准信号）：如SIGINT、SIGTERM，不支持排队，多次发送可能丢失。
• 实时信号：通过sigqueue()发送并附带数据，支持可靠排队，确保多次信号被依次处理。

6. 多线程中的信号处理

• 线程拥有独立的信号屏蔽字，但信号处理函数为进程内共享。
• 信号可定向到特定线程（如通过pthread_kill()），未处理的信号由主线程处理。

7. 注意事项

• 可重入性：处理函数应使用异步信号安全函数（如write()），避免调用printf()、malloc()等非安全函数。
• 原子性：通过sig_atomic_t类型变量在信号处理函数与主程序间安全传递状态。
• 竞态条件：正确处理信号屏蔽与临界区保护，防止条件竞争。

示例场景

#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>void handler(int sig) {write(STDOUT_FILENO, "Received SIGINT!\n", 17);
}int main() {struct sigaction sa;sa.sa_handler = handler;sigemptyset(&sa.sa_mask);sa.sa_flags = SA_RESTART;sigaction(SIGINT, &sa, NULL);while(1) {pause(); // 等待信号}return 0;
}

此代码注册SIGINT的处理函数，按下Ctrl+C时打印消息，处理期间自动阻塞SIGINT，避免递归调用。

总结

理解Linux信号的保存与处理机制，需掌握信号的生命周期（产生、保存、递送）、处理函数的设计约束（可重入性、安全性），以及多线程环境下的复杂性。合理使用信号能提升程序的健壮性，但需谨慎处理异步事件带来的挑战。