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Linux——信号的保存与处理

news 来源：原创 2025/7/2 20:27:52

前言：本文主要介绍信号的保存与处理过程。

一、信号阻塞与信号底层逻辑

在linux下面的进程控制块(PCB),存在一个pending变量用于存放接收到的信号，该变量有32位，变量的位代表信号的类别，变量的值代表是否收到信号。进程会根据该变量上的信号做出响应（亦称为递达），响应的方式有三种（默认，忽略，自定义），若进程需忽略某个信号，即不对该信号做任何响应，称为信号阻塞。

在PCB中还存在一个变量block，其与pending类似，有32位，每一位代表一种信号，位的值代表是否阻塞该信号。当某个信号被阻塞时，即使进程收到该信号，进程也无法递达。信号在产生到递达之间的状态称为未决，显然，若进程收到被阻塞的信号，该信号会始终处于未决状态，直至解除对该信号的阻塞。

还有一个函数指针数组，包含31个元素，每个元素下标代表的是一种信号，指针指向该信号响应该信号的函数。（以上皆为简化处理，linux经过多层封装，具体实现可能不同，但基本原理类似）

二、对信号内部数据结构的操作

信号集

上面的block和pending位图也称为信号集，在linux下可使用sigset_t数据类型表示，为了操作sigset_t类型的数据，提供了一系列接口，后续对信号集的操作都需要通过sigset_t数据来完成。

#include <signal.h>
//清空信号集
int sigemptyset(sigset_t *set);
//填充信号集
int sigfillset(sigset_t *set);
//添加信号，signo表示将该位置1
int sigaddset (sigset_t *set, int signo);
//删除信号，signo表示将该位置0
int sigdelset(sigset_t *set, int signo);
//判断该位是否为1
int sigismember(const sigset_t *set, int signo);

修改阻塞信号集

使用系统调用sigprocmask可以读取或更改进程的阻塞信号集，其中9号和19号信号无法阻塞。

#include <signal.h>
int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oset);
//how:表示更改的方式，SIG_BLOCK表示新增阻塞信号;SIG_UNBLOCK表示删除阻塞信号;SIG_SETMASK表示设置为set的信号集
//set:需要修改的信号集
//oset:输出型参数，表示修改前的block信号集
//修改成功返回值为0，否则为-1

获取未决信号集

#include <signal.h>
int sigpending(sigset_t set);
//set:输出型参数，获取所有未决信号
//获取成功返回值为0，否则为1

修改信号响应

自定义信号的响应，同样9号信号的响应不能被修改。

#include <signal.h>
typedef void (*sighandler_t)(int);
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
//signum:需要修改的信号编号
//handler:函数指针，修改后的响应操作

代码实例

实例代码创建一个子进程，子进程阻塞所有信号，并且每隔一秒打印未决信号集，父进程每隔1秒给子进程发送

void print(sigset_t pending)
{for(int sig = 31;sig>0;sig--){if(sigismember(&pending,sig)){cout<<"1";}else{cout<<"0";}}cout<<endl;
}int main()
{pid_t id = fork();//子进程阻塞所有信号，并且打印未决信号集if(id == 0){//创建两个信号集sigset_t block,oblock;//初始化清零sigemptyset(&block);sigemptyset(&oblock);//阻塞所有信号for(int i=1;i<=31;i++){sigaddset(&block,i);}//写入阻塞信号集sigprocmask(SIG_BLOCK,&block,&oblock);sigset_t pending;sigemptyset(&pending);while(true){//每隔一秒获取一次未决信号集sleep(1);sigpending(&pending);print(pending);}}//挂载2s，防止子进程信号阻塞还未完成提前被父进程发送的信号终止sleep(2);//父进程给子进程发送除9，19外的所有信号for(int sig=1;sig<=31;sig++){if(9!=sig && 19!=sig){kill(id,sig);}sleep(1);}//等待10s，直接终止子进程sleep(10);kill(id,9);int wstatus;waitpid(id,&wstatus,0);return 0;
}

观察以下运行结果，除了9号进程和19号进程以外的所有进程，都成功完成过阻塞，但是18号进程开始是阻塞，后面发送20号信号SIGTSTP后，未决信号集种不再有18号信号，其原因是18号信号为SIGCONT（继续信号），当停止信号来临的时候，会将继续信号清除。

三、信号递达

内核态与用户态

内核态和用户态本质上是cpu运行的两种状态，两个状态的本质区别就是二者对运行指令集的权限不同，在内核态下，cpu可以运行所有的指令集，而用户态下指令集是受限的。

在进程地址空间种，内存被划分为内核空间和用户空间，其中用户空间用于存放用户的代码和数据等，内核空间中存放了系统内核所需的数据，包括内核空间中维护的系统调用表，中断表等，用户态无法直接进行系统调用函数，需要将用户态中系统调用所需的数据拷贝到内核空间中，并且在内核态下运行系统调用。所以简单讲就是当CPU执行内核空间的代码时，处于内核态；执行用户空间的代码时，处于用户态。

信号的捕捉过程

在进程从内核态转化到用户态的时候，信号就会被检测并处理。信号的检测处理过程如下图

在进入内核态完成相应动作后准备返回时，检测信号，并且进行响应：如果信号响应为默认则在内核态下完成处理，如果是自定义，则会先切回用户态，执行自定义操作，再切回内核态，调用系统调用sys_sigreturn()返回代码中。

信号递达

信号递达分为三种默认、忽略和自定义，其中可以使用signal或者sigaction系统调用来自定义响应行为。

使用signal系统调用来自定义对信号的处理

#include <signal.h>
typedef void (*sighandler_t)(int);
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
//signum参数为需要自定义处理的信号
//handler是一个参数为int,无返回值的函数指针
//返回值是在修改前的处理方式

使用sigaction系统调用来自定义对信号的处理

#include <signal.h>
int sigaction(int signum, const struct sigaction *act,struct sigaction *oldact);
struct sigaction 
{void     (*sa_handler)(int);     //不可靠信号自定义响应void     (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);//可靠信号自定义响应sigset_t   sa_mask;              //在递达过程中需要阻塞的信号int        sa_flags;              void     (*sa_restorer)(void);
};
//在信号递达的过程中，操作系统会自动阻塞引起当前递达的信号，递达结束后取消阻塞
//若在递达过程中，还需阻塞其他信号，可通过sa_mask添加

自定义递达代码实例

自定义2号信号响应，同时屏蔽3，4，5信号，期间通过kill向该进程发送信号，并且打印未决信号集。

void print(sigset_t&pending)
{for(int sig = 31;sig>0;sig--){if(sigismember(&pending,sig)){cout<<"1";}else{cout<<"0";}}cout<<endl;
}void handler(int signo)
{cout<<"signo: "<<signo<<endl;sigset_t pending;while(true){//每隔1s打印一次未决信号集sigpending(&pending);print(pending);sleep(1);}
}int main()
{struct sigaction act,oact;act.sa_handler = handler;//创建屏蔽信号集sigset_t mask;sigemptyset(&mask);sigaddset(&mask,3);sigaddset(&mask,4);sigaddset(&mask,5);act.sa_mask = mask;//设置自定义响应和屏蔽信号集sigaction(2,&act,&oact);while(true);return 0;
}

观察现象，在2信号递达期间，再次发送2，3，4，5信号都被阻塞