Linux 信号注册是进程间通信和系统控制的核心机制之一，它允许内核或特定进程向目标进程发送异步通知，目标进程通过预先定义的处理逻辑响应这些信号，理解信号注册的原理与实现，对于开发稳定、高效的Linux应用程序至关重要，本文将从信号的基本概念出发，深入探讨信号注册的流程、方法及注意事项,帮助读者全面掌握这一关键技术。
信号的基本概念与分类
在Linux系统中，信号是软件中断的一种形式，用于通知进程特定事件的发生，信号可以分为两大类：可靠信号与不可靠信号，早期Unix系统中的信号是不可靠的，主要表现为信号可能丢失，且对信号的默认处理方式不可更改，随着POSIX标准的推出，可靠信号得以实现，支持信号排队,并允许用户自定义处理函数。
Linux系统定义了多种信号，常见的包括：SIGINT（终端中断信号，通常由Ctrl+C触发）、SIGTERM（终止信号，请求进程正常退出）、SIGKILL（强制终止信号，不可捕获或忽略）、SIGSTOP（暂停进程信号，不可捕获）等，SIGKILL和SIGSTOP用于系统强制控制,而其他信号则可通过信号注册机制进行自定义处理。
信号注册的核心机制
信号注册的本质是告知内核当某个信号到达时，进程应采取何种处理方式，Linux通过sigaction结构体和sigaction系统调用来实现这一机制，相较于早期的signal函数，sigaction提供了更强大、更灵活的控制能力。
sigaction结构体
sigaction结构体是信号注册的核心数据结构,其定义如下：
struct sigaction {
void (*sa_handler)(int); // 信号处理函数
void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *); // 扩展信号处理函数
sigset_t sa_mask; // 信号掩码，处理信号时暂时屏蔽的信号
int sa_flags; // 控制标志
void (*sa_restorer)(void); // 已废弃，保留字段
};
sa_handler：指定信号处理函数，可设置为SIG_DFL（默认处理）、SIG_IGN（忽略信号）或自定义函数指针。sa_sigaction：扩展处理函数，可获取信号的附加信息（如发送者PID、信号值等），需配合SA_SIGINFO标志使用。sa_mask：在信号处理函数执行期间，临时屏蔽的信号集合,防止信号竞争条件。sa_flags：控制信号处理行为，例如SA_RESTART可自动重启被信号中断的系统调用，SA_NOCLDSTOP可子进程暂停时不发送SIGCHLD信号。
信号注册流程
信号注册通过sigaction系统调用完成,其原型为：
int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);
signum：要注册的信号编号，如SIGINT、SIGTERM等。act：指向新的sigaction结构体指针,若为NULL则不修改信号处理方式。oldact：用于保存原有信号处理方式的sigaction结构体指针,若为NULL则不保存。
注册流程大致如下：
- 初始化
sigaction结构体，设置信号处理函数、信号掩码及标志位。 - 调用
sigaction系统调用,将结构体中的配置应用到目标信号。 - 内核更新进程的信号处理表,后续信号到达时按配置执行。
信号注册的实现方法
使用sigaction函数注册信号
以下是一个使用sigaction注册SIGINT信号的示例代码：
#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
void sigint_handler(int signum) {
printf("Caught SIGINT (Signal %d). Exiting gracefully...\n", signum);
exit(EXIT_SUCCESS);
}
int main() {
struct sigaction sa;
sa.sa_handler = sigint_handler;
sigemptyset(&sa.sa_mask); // 清空信号掩码
sa.sa_flags = 0; // 使用默认标志
if (sigaction(SIGINT, &sa, NULL) == -1) {
perror("sigaction failed");
exit(EXIT_FAILURE);
}
while (1) {
printf("Waiting for SIGINT (Ctrl+C)...\n");
sleep(1);
}
return 0;
}
编译并运行上述程序，当按下Ctrl+C时，进程将调用自定义的sigint_handler函数,而非默认的终止行为。
信号掩码与信号处理的安全性
在信号处理函数中，若涉及共享资源的访问，需通过信号掩码防止信号竞争，在处理SIGTERM信号时，可能需要临时屏蔽SIGINT信号,避免两者同时触发导致逻辑混乱：
struct sigaction sa; sigemptyset(&sa.sa_mask); sigaddset(&sa.sa_mask, SIGINT); // 屏蔽SIGINT信号 sa.sa_handler = sigterm_handler; sa.sa_flags = SA_RESTART; // 重启被中断的系统调用 sigaction(SIGTERM, &sa, NULL);
扩展信号处理与信号附加信息
当需要获取信号的详细信息（如发送者进程ID）时，可使用sa_sigaction处理函数，并设置SA_SIGINFO标志：
void sigaction_handler(int signum, siginfo_t *info, void *context) {
printf("Received signal %d from PID %d\n", signum, info->si_pid);
}
struct sigaction sa;
sa.sa_sigaction = sigaction_handler;
sigemptyset(&sa.sa_mask);
sa.sa_flags = SA_SIGINFO; // 启用扩展信息
sigaction(SIGUSR1, &sa, NULL);
信号注册的注意事项
- 信号的可重入性：信号处理函数必须是可重入的，避免调用不可重入函数（如
malloc、printf等）,除非确保调用时的上下文安全。 - 信号的默认处理：部分信号（如SIGKILL、SIGSTOP）无法被捕获或忽略，注册此类信号将导致
sigaction调用失败。 - 信号处理的一致性：避免在信号处理函数中执行复杂逻辑，尽量仅设置标志位，由主循环处理具体业务,减少竞态条件风险。
- 信号屏蔽的及时恢复：使用
sigprocmask或pthread_sigmask管理信号掩码时，需确保在处理完成后恢复原有掩码,防止信号丢失。
Linux信号注册是进程控制与异步通信的基础，通过sigaction系统调用和sigaction结构体，开发者可以实现灵活、安全的信号处理机制，在实际应用中，需充分考虑信号的可重入性、安全性及上下文一致性，结合信号掩码和扩展信息处理，构建健壮的系统级程序，掌握信号注册的原理与实现，不仅能提升程序的可靠性,还能为开发复杂的并发系统奠定坚实基础。
