C 语言信号处理
C语言信号处理
介绍
信号（Signal）是操作系统用于通知进程发生某种事件的一种机制。在C语言中，信号处理允许程序捕获并响应这些事件，例如用户按下Ctrl+C（SIGINT）或进程尝试访问无效内存（SIGSEGV）。信号处理是系统编程的重要组成部分，尤其在多进程、守护进程或需要优雅退出的程序中。
信号分为两类：
- 标准信号：如SIGINT（中断）、SIGTERM（终止请求）、SIGKILL（强制终止）等。
- 实时信号：如SIGRTMIN到SIGRTMAX，支持排队和携带数据。
基本概念
信号的产生
信号可以由以下方式产生：
- 用户操作（如Ctrl+C发送SIGINT）
- 内核检测到异常（如SIGSEGV）
- 其他进程通过`kill()`系统调用发送
信号的处理方式
1. 默认行为：如SIGINT默认终止进程。 2. 忽略信号：如`signal(SIGINT, SIG_IGN)`。 3. 自定义处理函数：通过`signal()`或`sigaction()`注册处理函数。
信号处理函数
signal() 函数
`signal()`是传统的信号处理函数，但因其可移植性问题，推荐使用`sigaction()`。
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
void handler(int sig) {
printf("Received signal %d\n", sig);
}
int main() {
signal(SIGINT, handler); // 捕获SIGINT（Ctrl+C）
while (1) {
printf("Running...\n");
sleep(1);
}
return 0;
}
输出示例：
Running... Running... ^CReceived signal 2 Running...
sigaction() 函数
`sigaction()`提供了更精细的控制，是更现代的替代方案。
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
void handler(int sig) {
printf("Received signal %d\n", sig);
}
int main() {
struct sigaction sa;
sa.sa_handler = handler;
sigemptyset(&sa.sa_mask);
sa.sa_flags = 0;
sigaction(SIGINT, &sa, NULL);
while (1) {
printf("Running...\n");
sleep(1);
}
return 0;
}
信号集与阻塞
信号可以通过`sigprocmask()`临时阻塞，防止在处理关键代码时被中断。
sigset_t set;
sigemptyset(&set);
sigaddset(&set, SIGINT);
sigprocmask(SIG_BLOCK, &set, NULL); // 阻塞SIGINT
// 关键代码
sigprocmask(SIG_UNBLOCK, &set, NULL); // 解除阻塞
实际案例
守护进程的信号处理
守护进程通常需要处理SIGHUP（重新加载配置）和SIGTERM（优雅退出）。
void handle_sighup(int sig) {
reload_config();
}
void handle_sigterm(int sig) {
cleanup();
exit(0);
}
int main() {
signal(SIGHUP, handle_sighup);
signal(SIGTERM, handle_sigterm);
daemonize();
// 主循环
}
多线程信号处理
在多线程程序中，信号处理需特别注意：
- 使用`pthread_sigmask()`控制线程的信号掩码
- 通常由一个专用线程处理所有信号
高级主题
信号与竞态条件
信号处理函数可能中断主程序的执行，导致竞态条件。解决方法：
- 使用`sig_atomic_t`类型声明共享变量
- 在关键代码段阻塞信号
实时信号
实时信号（SIGRTMIN-SIGRTMAX）支持排队和携带数据：
union sigval value;
value.sival_int = 42;
sigqueue(pid, SIGRTMIN, value); // 发送带数据的信号
常见问题
| 问题 | 解决方案 |
|---|---|
| 信号处理函数被中断 | 使用`sigaction()`并设置SA_RESTART标志 |
| 信号丢失 | 使用实时信号或信号队列 |
| 不可靠的信号行为 | 避免在信号处理函数中调用非异步安全函数 |
总结
信号处理是C语言系统编程的核心概念，用于：
- 处理用户中断
- 实现进程间通信
- 构建健壮的守护进程
正确使用信号需要理解其异步特性和潜在陷阱。对于新项目，推荐使用`sigaction()`而非`signal()`，并遵循异步安全编程原则。