linux如何创建信号

在 Linux 操作系统中，信号（Signal）是一种软中断机制，用于通知进程发生了特定事件（如用户输入、硬件异常或外部请求），它是进程间通信的核心手段之一，广泛应用于进程控制、调试和错误处理等场景，以下是关于“如何在 Linux 中创建信号”的完整指南，涵盖命令行操作、系统调用、编程实践及关键细节。

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信号的基础概念与分类

1 什么是信号？

信号本质是操作系统内核向进程传递的异步通知,类似于硬件中断，每个信号对应唯一的整型编号（如 SIGINT=2, SIGKILL=9），并关联预定义的行为（终止进程、暂停执行等）。

信号名称	编号	默认动作	典型触发场景
SIGHUP	1	终止进程	终端挂断
SIGINT	2	终止进程	Ctrl+C 组合键
SIGQUIT	3	核心转储+终止	Ctrl+ 组合键
SIGILL	4	核心转储+终止	非规指令
SIGFPE	8	核心转储+终止	算术错误（除零溢出）
SIGKILL	9	强制终止	kill -9 命令
SIGUSR1	10	忽略	用户自定义逻辑
SIGUSR2	11	忽略	用户自定义逻辑
SIGALRM	14	终止进程	alarm() 定时器到期
SIGTERM	15	终止进程	kill 默认信号
SIGBUS	100+	核心转储+终止	总线错误

注：编号小于 32 的信号为标准信号，32~64 为实时信号（可通过 man 7 signal 查看完整列表）。

2 信号的生命周期

1. 生成：由键盘事件、系统调用或其它进程发起。
2. 递送：内核将信号插入目标进程的信号队列。
3. 处理：进程按以下顺序选择一种响应方式：
   • 执行关联的处理函数（Handler）；
   • 忽略信号；
   • 执行默认动作（如终止进程）。

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创建与发送信号的方法

1 命令行工具：kill 命令

kill 命令并非仅用于终止进程，而是通用的信号发送工具，其语法为：

kill [选项] <进程ID> <信号编号>

常用场景示例：

• 向当前终端发送 SIGHUP（重启前台作业）：

  kill -HUP $$  # $$ 表示当前Shell的PID

• 优雅终止后台进程（替代 Ctrl+C）：

  kill -TERM $(pgrep myapp)  # 根据进程名获取PID

• 强制杀死顽固进程：

  kill -KILL 12345          # 直接终止PID为12345的进程

选项	含义	示例
-l	列出所有信号名称	kill -l → 显示编号与名称映射
-L	列出所有信号编号	kill -L
-NAME	按名称发送信号	kill -SIGINT 1234
-sig	同上	kill -SIGQUIT 1234
-PIPE	向同一进程组的所有成员发送	kill -USR1 -PGRP

注意：普通用户只能向自己拥有的进程发送非特权信号（如 SIGTERM），而 SIGKILL 可绕过此限制。

2 系统调用：kill() 与 raise()

在 C/C++ 程序中，可通过以下两种方式主动发送信号：

raise(int sig)：向自身发送信号

#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
void handler(int signum) {
    printf("Received signal %dn", signum);
}
int main() {
    signal(SIGUSR1, handler);  // 注册处理函数
    raise(SIGUSR1);            // 向自身发送信号
    pause();                  // 等待信号到来
    return 0;
}

编译运行：gcc test.c -o test && ./test → 输出 “Received signal 10″。

kill(pid_t pid, int sig)：向指定进程发送信号

#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int main() {
    pid_t child_pid = fork();
    if (child_pid == 0) { // 子进程
        while (1) {
            printf("Child running... PID=%dn", getpid());
            sleep(1);
        }
    } else { // 父进程
        sleep(5);          // 等待子进程启动
        kill(child_pid, SIGTERM); // 发送终止信号
        printf("Sent SIGTERM to child PID=%dn", child_pid);
    }
    return 0;
}

此示例演示了父子进程间的信号通信。

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信号处理程序的开发

1 简单模型：signal() 函数

#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
void custom_handler(int signum) {
    printf("Custom handler triggered by signal %dn", signum);
}
int main() {
    if (signal(SIGTSTP, custom_handler) == SIG_ERR) { // STTY停止字符
        perror("signal");
        return 1;
    }
    while (1) pause(); // 挂起等待信号
    return 0;
}

运行时按下 Ctrl+Z（生成 SIGTSTP），将触发自定义逻辑而非暂停进程。

2 可靠模型：sigaction() 结构体

相较于 signal()，sigaction() 提供更精细的控制能力：

#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
struct sigaction sa;
memset(&sa, 0, sizeof(sa)); // 清零结构体
sa.sa_handler = handler;     // 设置处理函数
sa.sa_flags = SA_RESTART;    // 自动重启被中断的系统调用
sigemptyset(&sa.sa_mask);    // 不屏蔽任何额外信号
sigaction(SIGHUP, &sa, NULL); // 安装新处理器

关键字段解析：
| 字段 | 作用 |
|—————-|—————————————-|
| sa_handler | 指向处理函数的指针 |
| sa_mask | 信号处理期间临时屏蔽的信号集合 |
| sa_flags | 控制标志（如 SA_RESTART, SA_NOCLDSTOP）|
| sa_sigaction | 替代 sa_handler，支持带参回调 |

优势对比：
| 特性 | signal() | sigaction() |
|——————–|———————|———————|
| 可靠性 | 低（易被覆盖） | 高（原子性操作） |
| 支持复杂行为 | | （如带参回调） |
| 可移植性 | 部分平台不一致 | POSIX标准 |
| 信号集管理 | 有限 | 完整 |

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特殊场景与最佳实践

1 守护进程的信号管理

守护进程通常脱离终端运行,需显式处理以下信号：

• SIGHUP：重新加载配置文件（常见于 Nginx/Apache）；
• SIGUSR1/SIGUSR2：执行日志轮转或性能统计；
• SIGCHLD：回收子进程资源。

示例配置片段：

void hup_reload(int signum) {
    printf("Reloading config files...n");
    load_config(); // 重新读取配置文件
}
void init_daemon() {
    struct sigaction sa;
    sa.sa_handler = hup_reload;
    sigaction(SIGHUP, &sa, NULL);
}

2 避免竞态条件

多线程环境中,若主线程正在修改共享数据时收到信号，可能导致数据不一致，解决方案：

1. 在信号处理函数中仅设置标志位,主循环检查标志位后执行操作；
2. 使用 pthread_sigmask() 动态调整线程的信号掩码。

3 实时信号的使用

实时信号（编号≥32）允许自定义行为且不会互相干扰。

union sigval {
    int sival_int;      // 整数值
    void sival_ptr;   // 指针值
};
void realtime_handler(int signum, siginfo info, void ucontext) {
    printf("Realtime signal %d received with value %dn", signum, info->si_value.sival_int);
}
int main() {
    struct sigaction sa;
    sa.sa_flags = SA_SIGINFO; // 启用附加信息传递
    sa.sa_sigaction = realtime_handler;
    sigaction(SIRTMIN+1, &sa, NULL); // 使用第一个实时信号
    // 发送信号并附带数据
    union sigval val;
    val.sival_int = 42;
    sigqueue(getpid(), SIRTMIN+1, val); // 发送带数据的实时信号
    pause();
    return 0;
}

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常见错误与调试技巧

现象	原因	解决方案
信号未被接收	目标进程已退出或不存在	检查PID有效性
处理函数未生效	signal() 被后续调用覆盖	改用 sigaction()
死锁（无限递归）	处理函数内再次触发同名信号	在入口添加静态变量去重
多线程环境下崩溃	非异步信号安全函数被中断	标记为 volatile sigatomic_t
SIGSEGV 频繁发生	野指针或栈溢出	使用 gdb 进行内存分析

调试工具推荐：

• strace：跟踪进程的信号传递过程；
• gdb：单步调试信号处理函数；
• dmesg：查看内核日志中的信号相关记录。

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相关问答FAQs

Q1: 我的程序收到了意外的 SIGSEGV，如何定位原因？

A: SIGSEGV（段错误）通常由非规内存访问引起，解决方法：

1. 使用 gdb 运行程序：gdb ./your_program → run → 崩溃时输入 bt 查看调用栈；
2. 启用编译器的保护选项：-fsanitize=address；
3. 检查数组越界、空指针解引用或堆栈溢出。

Q2: 为什么我的 SIGCHLD 处理函数没有被调用？

A: 可能原因及排查步骤：

1. 子进程已自动回收：若子进程退出时父进程未阻塞，waitpid() 会立即回收它，导致 SIGCHLD 未被递送，可在父进程中添加 wait(&status) 确保同步；
2. 信号被忽略：默认情况下 SIGCHLD 不会被忽略，但若曾显式调用过 signal(SIGCHLD, SIG_IGN)，需恢复默认处理；
3. 命名空间隔离：容器或 namespaces 可能限制了信号的传播，需检查宿主机与容器内的进程关系