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什么是信号处理？如何处理信号？

news 2025/8/11 16:27:22

C语言信号处理详解

第一部分：什么是信号？

信号是一种进程间通信的机制，用于通知进程发生了某种事件或异常情况。在C语言中，信号是一种软件中断，它可以被操作系统或其他进程发送给目标进程。每个信号都有一个唯一的数字标识符，称为信号编号（Signal Number）。例如，常见的信号包括SIGINT（中断进程）、SIGTERM（终止进程）、SIGSEGV（段错误）等。

信号可以用于以下几种情况：

进程间通信：一个进程可以向另一个进程发送信号，以通知它某个事件的发生或请求其执行某个操作。
异常处理：操作系统可以向进程发送信号，以通知它发生了某个异常情况，例如除零错误、段错误等。
用户交互：用户可以通过键盘或终端发送信号来与正在运行的程序交互，例如使用Ctrl+C发送SIGINT信号来中断程序的执行。

第二部分：信号的基本操作

2.1 发送信号

在C语言中，可以使用kill函数或raise函数来向目标进程发送信号。

#include <signal.h>int kill(pid_t pid, int sig);
int raise(int sig);

kill函数用于向指定的进程发送信号sig，pid参数指定了目标进程的进程ID。如果pid为正数，则表示发送信号给进程ID为pid的进程；如果pid为0，则表示发送信号给当前进程所在进程组的所有进程；如果pid为-1，则表示发送信号给当前用户的所有进程；如果pid小于-1，则表示发送信号给进程组ID等于pid的所有进程。
raise函数用于向当前进程发送信号sig。

2.2 接收信号

要在C程序中接收信号，可以使用signal函数或sigaction函数来注册信号处理函数。

2.2.1 `signal`函数

signal函数用于注册信号处理函数，其原型如下：

#include <signal.h>void (*signal(int sig, void (*handler)(int)))(int);

sig参数指定了要处理的信号，例如SIGINT、SIGTERM等。
handler参数是一个函数指针，指向处理该信号的函数。

以下是一个使用signal函数注册信号处理函数的示例：

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>void sigint_handler(int signo) {printf("Received SIGINT signal (%d).\n", signo);
}int main() {// 注册SIGINT信号处理函数signal(SIGINT, sigint_handler);while (1) {sleep(1); // 模拟程序执行}return 0;
}

在上面的示例中，当程序接收到Ctrl+C信号（SIGINT）时，将调用sigint_handler函数来处理该信号。

2.2.2 `sigaction`函数

sigaction函数提供了更加灵活的信号处理方式，其原型如下：

#include <signal.h>int sigaction(int sig, const struct sigaction *restrict act, struct sigaction *restrict oldact);

sig参数指定了要处理的信号，例如SIGINT、SIGTERM等。
act参数是一个指向struct sigaction结构的指针，用于设置信号处理的行为。
oldact参数是一个指向struct sigaction结构的指针，用于获取之前的信号处理行为。

struct sigaction结构定义如下：

struct sigaction {void (*sa_handler)(int); // 信号处理函数sigset_t sa_mask;        // 信号屏蔽字集合int sa_flags;            // 信号处理标志void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *); // 信号处理函数（扩展）
};

以下是一个使用sigaction函数注册信号处理函数的示例：

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>void sigint_handler(int signo) {printf("Received SIGINT signal (%d).\n", signo);
}int main() {struct sigaction sa;sa.sa_handler = sigint_handler;sa.sa_flags = 0;sigemptyset(&sa.sa_mask);// 注册SIGINT信号处理函数sigaction(SIGINT, &sa, NULL);while (1) {sleep(1); // 模拟程序执行}return 0;
}

sigaction函数允许更灵活地控制信号处理，可以设置额外的标志和信号屏蔽。

2.3 信号默认操作

每个信号都有一个默认操作，例如终止进程、中断进程等。可以使用signal函数的第二个参数来指定信号处理函数，或者将信号处理函数设置为SIG_IGN（忽略信号）或SIG_DFL（恢复默认操作）。

以下是一些常见的信号默认操作：

SIGINT（Ctrl+C）默认操作是中断进程。
SIGTERM默认操作是终止进程。
SIGQUIT（Ctrl+\）默认操作是终止进程并生成核心转储文件。
SIGHUP默认操作是终止进程，通常用于重新加载配置。
SIGKILL默认操作是强制终止进程，无法被捕获或忽略。

第三部分：信号处理函数

信号处理函数是用户自定义的函数，用于处理特定信号的发生。信号处理函数的原型通常是：

void handler_function(int signo);

signo参数指定了触发信号处理函数的信号编号。

信号处理函数可以执行各种操作，例如记录日志、清理资源、继续执行等。然而，由于信号处理函数在信号发生时异步执行，因此需要谨慎编写，避免使用不可重入函数、全局变量等可能导致不确定行为的操作。

以下是一个示例，演示如何编写一个简单的信号处理函数：

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>void sigint_handler(int signo) {printf("Received SIGINT signal (%d).\n", signo);
}int main() {// 注册SIGINT信号处理函数signal(SIGINT, sigint_handler);while (1) {sleep(1); // 模拟程序执行}return 0;
}

在上面的示例中，sigint_handler函数用于处理SIGINT信号的发生，它简单地打印一条消息。

第四部分：信号的处理方式

信号的处理方式分为以下几种：

4.1 忽略信号

可以通过将信号处理函数设置为SIG_IGN来忽略信号。例如，要忽略SIGINT信号，可以这样做：

#include <signal.h>int main() {signal(SIGINT, SIG_IGN); // 忽略SIGINT信号while (1) {// 程序不会响应Ctrl+C}return 0;
}

4.2 捕获信号

通过注册信号处理函数，可以捕获信号并在发生时执行特定操作。示例如前面所示。

4.3 恢复默认操作

可以将信号处理函数设置为SIG_DFL，以恢复信号的默认操作。例如，要恢复SIGINT信号的默认操作，可以这样做：

#include <signal.h>int main() {signal(SIGINT, SIG_DFL); // 恢复SIGINT信号的默认操作while (1) {// Ctrl+C将中断进程}return 0;
}

4.4 阻塞信号

可以使用sigprocmask函数来阻塞或解除阻塞信号。阻塞信号意味着信号将被排队，不会立即传递给进程。当信号解除阻塞时，排队的信号将被传递给进程。

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>void sigint_handler(int signo) {printf("Received SIGINT signal (%d).\n", signo);
}int main() {sigset_t mask;sigemptyset(&mask);sigaddset(&mask, SIGINT);// 阻塞SIGINT信号sigprocmask(SIG_BLOCK, &mask, NULL);// 注册SIGINT信号处理函数signal(SIGINT, sigint_handler);while (1) {sleep(1);printf("Working...\n");}return 0;
}

在上面的示例中，sigprocmask函数用于阻塞SIGINT信号，直到解除阻塞时才会执行信号处理函数。