深入探究Linux信号机制及其实例应用

在Linux操作系统中，进程间通信（IPC）是多种多样的，其中信号（Signal）是一种简洁且有效的机制，用于在进程间传递异步事件的通知。本文将详细阐述Linux信号机制，深入讲解signal和sigaction等函数的使用，并通过实例向初学者展示如何操作这些函数。 信号机制是一种软件中断的形式，它向一个进程或一组进程传递一个通知，表明发生了某个特定事件。进程可以设置信号的处理方式，可以忽略信号、采取默认行为，或是自定义处理函数。信号机制的实现依靠了底层硬件的中断机制，但其使用对程序员而言更为高级和方便。 Linux中预定义了一组标准信号，这些信号有着不同的编号和含义，例如SIGINT用于终止进程，SIGSEGV用于访问违规等。用户也可以定义自己的信号，但是它们的编号必须大于或等于SIGRTMIN。 signal函数是早期的API，用于设置信号处理方式，其原型如下： ```c void (*signal(int signum, void (*handler)(int)))(int); ``` 该函数接受两个参数：信号编号（signum）和信号处理函数（handler）。返回值是上一次设置的信号处理函数指针。使用signal函数时，开发者需要理解信号的原子性，以及系统对signal函数的具体实现细节，因为signal的行为在不同的系统和标准之间可能会有所不同。 sigaction函数是sigaction系统调用的封装，比signal提供了更多的灵活性和功能。sigaction函数允许程序员详细设置信号的处理行为，包括捕捉、忽略或执行默认动作。其原型如下： ```c int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact); ``` 该函数包含三个参数，第一个是信号编号，第二个是指向sigaction结构体的指针，其中可以详细设置信号处理函数及标志位，第三个是可选参数，用于保存之前的信号处理信息。sigaction结构体通常包含如下字段： - sa_handler：指向信号处理函数的指针，或者是常量SIG_IGN或SIG_DFL，分别用于忽略信号和执行默认动作。 - sa_mask：在信号处理函数执行期间，需要被阻塞的信号集合。 - sa_flags：标志位，用于控制信号传递和处理的各种细节。 - sa_restorer：已废弃，不应使用。 在使用sigaction时，信号的原子性是由系统保证的，因此比起signal函数，sigaction通常被认为是更安全的选择。 下面给出一个使用sigaction函数设置信号处理的例子： ```c #include <stdio.h> #include <signal.h> #include <unistd.h> #include <stdlib.h> void signal_handler(int sig) { printf("Received signal %d\n", sig); } int main() { struct sigaction act, oldact; act.sa_handler = signal_handler; sigemptyset(&act.sa_mask); // 初始化信号集为空 act.sa_flags = 0; // 设置信号处理函数 if (sigaction(SIGINT, &act, &oldact) < 0) { perror("sigaction"); exit(EXIT_FAILURE); } printf("Waiting for signals\n"); while(1) { sleep(10); // 休眠一段时间，等待信号 } return 0; } ``` 在上述代码中，程序设置了SIGINT信号的处理函数为signal_handler，当用户按下中断键（通常是Ctrl+C）时，程序会接收到SIGINT信号并执行定义好的信号处理函数。在处理函数执行期间，SIGINT信号会被自动添加到sa_mask信号集中，这样可以避免处理函数被再次递归调用。 除了signal和sigaction之外，还有其他一些用于信号管理的函数，如sigprocmask()用于阻塞和解除阻塞信号，sigpending()用于查询当前有哪些信号被阻塞，以及siguspend()用于挂起进程等待特定信号等。 总结来说，Linux的信号机制是进程间通信的重要组成部分，它简单、高效，且易于实现。signal和sigaction函数是控制信号行为的主要方式，sigaction以其更加强大和稳定的特点，成为了推荐的做法。无论是对于系统编程的学习者还是实际的开发者，理解和掌握信号机制都是十分重要的。