如何在Linux系统中有效地捕捉和处理信号？

在Linux系统中，信号是进程间通信的一种重要机制，通过信号，可以通知进程发生了某些事件，例如用户输入、定时器到期或者系统资源限制等，为了处理这些信号，Linux提供了信号捕捉机制，使得进程能够对特定的信号做出响应，本文将详细介绍Linux信号捕捉的概念、使用方法以及相关示例。

信号的基本概念

在Linux中，信号是一种异步通知机制，用于告知进程发生了某种事件，常见的信号包括：

SIGINT：中断信号，通常由Ctrl+C产生。

SIGTERM：终止信号，用于请求进程正常退出。

SIGKILL：强制终止信号，用于立即终止进程。

SIGCHLD：子进程状态改变信号。

信号捕捉的函数

在Linux中，可以使用signal()或sigaction()函数来捕捉和处理信号，这两个函数各有优缺点，但sigaction()更为灵活和强大。

2.1 signal()函数

signal()函数用于设置信号处理器，其原型如下：

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

参数说明：

sig：要捕捉的信号。

handler：信号处理函数。

示例代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
void handle_sigint(int sig) {
    printf("Caught signal %d
", sig);
    exit(0);
}
int main() {
    signal(SIGINT, handle_sigint);
    while (1) {
        printf("Running...
");
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

2.2 sigaction()函数

sigaction()函数提供了更细粒度的信号控制，其原型如下：

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

参数说明：

sig：要捕捉的信号。

act：指向struct sigaction结构的指针，定义了信号处理行为。

oldact：指向存储旧的信号处理行为的struct sigaction结构。

struct sigaction结构定义如下：

struct sigaction {
    void     (*sa_handler)(int);
    sigset_t  sa_mask;
    int       sa_flags;
    void     (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);
};

示例代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
void handle_sigint(int sig, siginfo_t *si, void *unused) {
    printf("Caught signal %d
", sig);
    exit(0);
}
int main() {
    struct sigaction sa;
    memset(&sa, 0, sizeof(sa));
    sa.sa_handler = handle_sigint;
    sigemptyset(&sa.sa_mask);
    sa.sa_flags = 0;
    if (sigaction(SIGINT, &sa, NULL) == -1) {
        perror("sigaction");
        exit(1);
    }
    while (1) {
        printf("Running...
");
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

信号处理的注意事项

在使用信号处理时，需要注意以下几点：

1、可重入性：信号处理函数应尽量简单，避免调用不可重入的函数（如printf()），推荐使用write()系统调用。

2、阻塞其他信号：在信号处理函数执行期间，可以阻塞其他信号以避免竞态条件。

3、信号处理函数的返回值：如果信号处理函数返回，默认行为将被取消，因此通常需要调用exit()来终止程序。

4、信号的安全性：某些信号（如SIGKILL和SIGSTOP）不能被捕捉和忽略。

常见信号及其用途

信号名称	数值	描述
SIGINT	2	中断信号，通常由Ctrl+C产生
SIGTERM	15	终止信号，用于请求进程正常退出
SIGKILL	9	强制终止信号，用于立即终止进程
SIGCHLD	17	子进程状态改变信号
SIGHUP	1	挂起信号，通常在终端关闭时发送给前台进程
SIGQUIT	3	退出信号，通常由Ctrl+产生
SIGALRM	14	定时器到期信号
SIGUSR1	10	用户定义信号1
SIGUSR2	12	用户定义信号2

实战示例：实现一个简单的定时器

下面是一个使用alarm()和signal()实现的简单定时器示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
void timer_handler(int sig) {
    static int count = 0;
    printf("Timer expired %d times
", ++count);
    alarm(1); // reset the timer to 1 second
}
int main() {
    signal(SIGALRM, timer_handler); // set up the timer handler
    alarm(1); // schedule the first timer expiration in 1 second
    while (1) {
        pause(); // wait for signals
    }
    return 0;
}

FAQs

Q1: 如何在信号处理函数中使用printf()？

A1: 在信号处理函数中使用printf()是不安全的，因为它不是可重入的，推荐使用write()系统调用代替：

#include <unistd.h>
void safe_printf(const char *str) {
    write(STDOUT_FILENO, str, strlen(str));
}

Q2: 如何忽略一个信号？

A2: 可以通过将信号处理函数设为SIG_IGN来忽略一个信号：

#include <signal.h>
signal(SIGINT, SIG_IGN); // ignore SIGINT signal

本文介绍了Linux信号捕捉的基本概念、使用方法以及相关的注意事项，通过使用signal()和sigaction()函数，我们可以捕捉并处理各种信号，从而实现对特定事件的响应，在实际开发中，合理使用信号处理可以提高程序的健壮性和响应能力。

小伙伴们，上文介绍了“linux 信号捕捉”的内容，你了解清楚吗？希望对你有所帮助，任何问题可以给我留言，让我们下期再见吧。