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Linux 信号集与信号掩码

article 2025/1/3 16:15:55

一、引言

二、信号集是什么

三、信号集关键函数

1.信号集的创建与初始化

2.信号的添加与删除

3.信号集的阻塞与解除阻塞

四、信号集实际应用场景

五、信号掩码的作用

六、信号掩码相关函数

1.sigprocmask 函数

2.sigemptyset 和 sigfillset 函数

七、信号掩码注意事项

八、总结

一、引言

在 Linux 系统编程中，信号集和信号掩码是处理信号机制不可或缺的部分。它们能够让开发者精细地控制进程对信号的接收和处理，对程序的稳定性和可靠性有着至关重要的作用。信号是一种软中断，用于通知进程发生了特定的事件。例如，当用户在终端按下 Ctrl + C 时，内核会向当前前台进程发送 SIGINT 信号，进程收到此信号后通常会终止运行。

二、信号集是什么

信号集本质上是一个数据结构，用于表示多个信号的集合。在 Linux 中，信号是用于进程间异步通知的一种机制，比如当子进程结束时，会向父进程发送 SIGCHLD 信号。而信号集就是用来对这些信号进行集中管理和操作的，常见的操作包括信号的添加、删除以及判断某个信号是否在集合中。

三、信号集关键函数

1.信号集的创建与初始化

使用 sigemptyset 函数可以创建一个空的信号集，即将信号集中的所有信号都设置为未决状态。与之相对的是 sigfillset 函数，它会将所有信号添加到信号集中，使其处于阻塞状态。例如：

sigset_t set;
sigemptyset(&set); // 创建空信号集
sigaddset(&set, SIGINT); // 向信号集中添加 SIGINT 信号

2.信号的添加与删除

sigaddset 函数用于向信号集中添加指定的信号，而 sigdelset 函数则用于从信号集中删除指定的信号。通过这两个函数，可以灵活地定制信号集的组成。

3.信号集的阻塞与解除阻塞

sigprocmask 函数是控制信号阻塞的关键。它可以根据给定的信号集，阻塞或解除阻塞相应的信号。例如，以下代码可以阻塞 SIGINT 信号：

sigset_t block_set;
sigemptyset(&block_set);
sigaddset(&block_set, SIGINT);
sigprocmask(SIG_BLOCK, &block_set, NULL);

当不需要阻塞时，可以使用 SIG_UNBLOCK 操作来解除阻塞。

四、信号集实际应用场景

信号集在很多系统编程场景中都有广泛应用。比如在服务器编程中，父进程创建多个子进程来处理客户端请求时，父进程可以使用信号集来阻塞 SIGCHLD 信号，然后在合适的时候通过 sigwait 等函数来等待子进程结束的信号，从而避免僵尸进程的产生，并且能够高效地回收子进程资源。

五、信号掩码的作用

信号掩码主要用于控制进程对信号的响应行为。当一个信号被添加到进程的信号掩码中时，进程在当前时刻将暂时不会接收到该信号，即信号被阻塞。这在一些特定场景下非常有用，例如在进程执行关键代码段时，不希望被某些信号中断，就可以将这些信号添加到信号掩码中，待关键代码段执行完毕后，再解除对这些信号的阻塞，从而保证程序的稳定性和数据的一致性。

六、信号掩码相关函数

1.sigprocmask 函数

这是操作信号掩码的核心函数。它可以用来设置、获取或修改进程的信号掩码。函数原型如下：

int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset);

how 参数指定了操作方式，常见的取值有：

SIG_BLOCK：将 set 指向的信号集中的信号添加到当前信号掩码中，即阻塞这些信号。
SIG_UNBLOCK：将 set 指向的信号集中的信号从当前信号掩码中移除，即解除对这些信号的阻塞。
SIG_SETMASK：直接将当前信号掩码设置为 set 指向的信号集。

set 参数是一个指向信号集的指针，用于指定要操作的信号集合。如果不需要改变信号掩码，该参数可以设置为 NULL。

oldset 参数也是一个指向信号集的指针，用于保存原有的信号掩码。如果不需要获取原信号掩码，该参数也可以设置为 NULL。

2.sigemptyset 和 sigfillset 函数

在使用 sigprocmask 函数前，通常需要先创建一个信号集，并通过 sigemptyset 函数将其初始化为空集（即不包含任何信号），或者使用 sigfillset 函数将其初始化为包含所有信号的集合，然后根据具体需求使用 sigaddset 或 sigdelset 函数向信号集中添加或删除特定的信号。

例如，以下代码片段展示了如何使用这些函数来阻塞 SIGINT 信号，并在一段时间后解除阻塞：

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    sigset_t block_set, old_set;
    // 初始化信号集为空集
    sigemptyset(&block_set);
    // 将 SIGINT 信号添加到要阻塞的信号集中
    sigaddset(&block_set, SIGINT);
    // 设置信号掩码，阻塞 SIGINT 信号，并保存原信号掩码
    sigprocmask(SIG_BLOCK, &block_set, &old_set);
    printf("SIGINT is blocked. Press Ctrl+C to test...\n");
    sleep(5);
    // 恢复原信号掩码，解除对 SIGINT 的阻塞
    sigprocmask(SIG_SETMASK, &old_set, NULL);
    printf("SIGINT is unblocked.\n");
    return 0;
}

七、信号掩码注意事项

在使用信号掩码时，需要谨慎考虑阻塞信号的时长和范围。过度或不合理地阻塞信号可能会导致进程错过重要的事件通知，从而影响程序的正常运行。例如，如果长时间阻塞与进程终止相关的信号（如 SIGTERM），可能会使进程在需要被关闭时无法及时响应，造成资源无法释放等问题。同时，在多线程环境下，信号掩码的操作会影响整个进程，而不仅仅是当前线程，因此需要更加小心地处理信号掩码，避免对其他线程的信号处理产生意外影响。