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Linux中的阻塞信号与信号原理

news 2025/7/21 2:26:55

在Linux操作系统中，信号（Signal）是进程间通信和进程控制的核心机制之一。信号是一种异步通知机制，可以向进程发送异步事件通知，以便进程能够处理系统级别的事件。本文将详细探讨Linux中的信号原理，重点讲解阻塞信号的机制及其使用。

一、Linux信号的基本概念

1. 什么是信号

信号是一种轻量级的异步通知机制，通常用于通知进程发生了某种事件。信号可以由内核、用户或进程本身产生。例如，当用户按下 Ctrl+C 时，系统会向前台进程发送 SIGINT 信号，通知进程终止。

2. 常见信号

一些常见的Linux信号包括：

SIGHUP：挂起信号，通常在终端断开连接时发送。
SIGINT：中断信号，通常由 Ctrl+C 触发，要求进程终止。
SIGKILL：强制终止信号，不能被捕获或忽略，立即终止进程。
SIGTERM：终止信号，程序可以捕获并执行清理工作后退出。
SIGSEGV：无效内存访问信号，通常在程序访问未分配的内存时触发。

二、信号处理机制

信号可以被进程捕获、忽略或使用默认处理方式。对于每种信号，进程都可以设置一个信号处理函数，当信号发生时，操作系统会调用该函数。

1. 注册信号处理函数

使用 signal() 函数可以注册一个信号处理函数：

#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>void handle_sigint(int sig) {printf("Caught signal %d\n", sig);
}int main() {signal(SIGINT, handle_sigint);while (1) {printf("Running...\n");sleep(1);}return 0;
}

解释：在上面的代码中，当进程收到 SIGINT 信号时（如按下 Ctrl+C），handle_sigint() 函数会被调用，从而在终端打印信号编号。

2. 信号的默认处理

如果进程没有为信号指定处理函数，操作系统会执行默认处理。例如，SIGKILL 信号的默认行为是立即终止进程，SIGSEGV 信号的默认行为是终止进程并生成内核转储（core dump）。

三、阻塞信号

阻塞信号是一种控制信号传递的机制。通过阻塞信号，进程可以暂时阻止某些信号的处理，直到解除阻塞为止。这对于保护关键代码段非常有用，确保在执行关键操作时不会被信号中断。

1. 使用 `sigprocmask` 阻塞信号

sigprocmask 函数用于检查和更改进程的信号掩码（signal mask），从而控制信号的阻塞。

#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>int main() {sigset_t set;sigemptyset(&set);sigaddset(&set, SIGINT);// 阻塞SIGINT信号sigprocmask(SIG_BLOCK, &set, NULL);printf("SIGINT is blocked\n");sleep(10);// 解除阻塞sigprocmask(SIG_UNBLOCK, &set, NULL);printf("SIGINT is unblocked\n");while (1) {sleep(1);}return 0;
}

解释：在上面的代码中，我们首先创建一个空的信号集 set，然后将 SIGINT 添加到这个信号集中。通过 sigprocmask 函数，我们阻塞了 SIGINT 信号。此时，即使用户按下 Ctrl+C，进程也不会立即响应。10秒后，我们解除阻塞，进程恢复对 SIGINT 的处理。

2. 使用 `sigsuspend` 进行信号等待

sigsuspend 函数用于暂时替换进程的信号掩码，并挂起进程直到接收到信号。常用于实现安全的信号等待操作。

#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>void handle_sigint(int sig) {printf("Caught signal %d\n", sig);
}int main() {signal(SIGINT, handle_sigint);sigset_t set, oldset;sigemptyset(&set);sigaddset(&set, SIGINT);// 阻塞SIGINT信号sigprocmask(SIG_BLOCK, &set, &oldset);printf("Waiting for SIGINT\n");// 暂时解除阻塞，并挂起进程等待信号sigsuspend(&oldset);printf("Resuming execution\n");return 0;
}

解释：sigsuspend 函数接收一个信号集作为参数，并暂时将其作为新的信号掩码，然后挂起进程直到接收到信号。信号处理函数处理完信号后，进程恢复执行。