【Linux操作系统】Linux系统编程中信号捕捉的实现

在Linux系统编程中，信号是一种重要的机制，用于实现进程间通信和控制。当某个事件发生时，如用户按下Ctrl+C键，操作系统会向进程发送一个信号，进程可以捕获并相应地处理该信号。本篇博客将介绍信号的分类、捕获与处理方式，以及信号的默认操作。希望通过本篇博客，你能够更好地理解Linux系统编程中信号的概念与应用。

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1. 什么是信号？

在Linux系统中，信号是一种用于进程间通信和控制的机制。当某个事件发生时，内核会向进程发送一个信号，进程可以选择捕获并处理这个信号，或者使用默认的处理方式。

信号可以由多种事件触发，例如用户按下Ctrl+C键、进程发生错误、子进程退出等。每个信号都有一个唯一的编号，以及一个预定义的默认行为。

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2. 信号的分类

1. 标准信号（Standard Signals）：这些信号的编号在1到31之间，是POSIX标准中定义的。例如，SIGINT信号（编号为2）是由用户按下Ctrl+C键触发的，SIGTERM信号（编号为15）是用于终止进程的信号。

2. 实时信号（Real-time Signals）：这些信号的编号在32到63之间，也是POSIX标准中定义的。实时信号提供了更高的优先级和更精确的触发时间。

3. 自定义信号（User-defined Signals）：这些信号可以由用户自定义，其编号大于64。

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3. 信号的处理方式

1. 忽略（Ignore）：进程可以选择忽略某个特定的信号，这样当该信号发生时，进程不会做任何处理。但是，某些信号是不能被忽略的，例如SIGKILL和SIGSTOP。

2. 捕获（Catch）：进程可以通过注册信号处理函数来捕获某个信号。当信号发生时，内核会调用注册的信号处理函数来处理该信号。

3. 执行默认操作（Default Action）：每个信号都有一个预定义的默认行为，例如终止进程、终止进程并生成核心转储文件等。

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4. 信号的捕获与处理

4.1 signal

作用：signal函数用于捕获和处理信号。

原型：

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

参数：

• signum：要捕获的信号编号。
• handler：信号处理函数的指针。

返回值：返回之前对该信号的处理函数的指针。如果出错，则返回SIG_ERR。

示例：下面是一个示例，演示如何使用signal函数来捕获和处理SIGINT信号（用户按下Ctrl+C键）。

#include <stdio.h>
#include <signal.h>void sigint_handler(int signum) {printf("Received SIGINT signal\n");
}int main() {// 注册SIGINT信号的处理函数signal(SIGINT, sigint_handler);printf("Press Ctrl+C to send SIGINT signal\n");while (1) {// 无限循环，等待信号的发生}return 0;
}

示例解释：

• 在上面的示例中，我们定义了一个名为sigint_handler的信号处理函数。当接收到SIGINT信号时，该函数会被调用，并打印一条消息。
• 在main函数中，我们使用signal函数来注册sigint_handler函数作为SIGINT信号的处理函数。这样，当用户按下Ctrl+C键时，操作系统会发送SIGINT信号给进程，并调用sigint_handler函数来处理该信号。
• 在main函数的无限循环中，我们等待信号的发生。这样，进程会一直运行，直到接收到SIGINT信号或其他终止信号为止。
• 当我们按下Ctrl+C键时，会触发SIGINT信号，进程会调用sigint_handler函数，并打印一条消息。

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4.2 sigaction

作用：sigaction函数是另一种捕获和处理信号的方法，相比于signal函数，它提供了更多的灵活性和可靠性。

原型：

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

参数：

• signum：要捕获的信号编号。
• act：一个指向struct sigaction结构的指针，用于指定新的信号处理方式。
• oldact：一个指向struct sigaction结构的指针，用于保存之前的信号处理方式。

返回值：若成功，返回0；若出错，返回-1。

示例：下面是一个示例，演示如何使用sigaction函数来捕获和处理SIGINT信号（用户按下Ctrl+C键）。

#include <stdio.h>
#include <signal.h>void sigint_handler(int signum) {printf("Received SIGINT signal\n");
}int main() {struct sigaction sa;sa.sa_handler = sigint_handler;sigemptyset(&sa.sa_mask);sa.sa_flags = 0;// 注册SIGINT信号的处理函数sigaction(SIGINT, &sa, NULL);printf("Press Ctrl+C to send SIGINT signal\n");while (1) {// 无限循环，等待信号的发生}return 0;
}

示例解释：

• 在上面的示例中，我们定义了一个名为sigint_handler的信号处理函数。当接收到SIGINT信号时，该函数会被调用，并打印一条消息。
• 我们创建了一个struct sigaction结构sa，并将sigint_handler函数指定为信号处理函数。
• 使用sigemptyset函数初始化了sa.sa_mask，表示在处理SIGINT信号时不需要阻塞其他信号。
• sa.sa_flags设置为0，表示不需要特殊的标志。
• 使用sigaction函数将sa结构注册为SIGINT信号的处理方式。
• 在main函数的无限循环中，我们等待信号的发生。这样，进程会一直运行，直到接收到SIGINT信号或其他终止信号为止。
• 当我们按下Ctrl+C键时，会触发SIGINT信号，进程会调用sigint_handler函数，并打印一条消息。

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5. 信号的默认操作

如果不捕获某个信号或者捕获的信号处理函数返回，进程会执行该信号的默认操作。

例如，当接收到SIGTERM信号时，进程会默认终止。下面是一个示例，演示了SIGTERM信号的默认操作：

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>void sigterm_handler(int signum) {printf("Received SIGTERM signal\n");
}int main() {// 注册SIGTERM信号的处理函数signal(SIGTERM, sigterm_handler);printf("Press Ctrl+C to send SIGTERM signal\n");while (1) {// 无限循环，等待信号的发生}return 0;
}

在上面的示例中，我们捕获了SIGTERM信号并注册了sigterm_handler函数作为处理函数。当接收到SIGTERM信号时，该函数会被调用，并打印一条消息。

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总结

信号是Linux系统中用于进程间通信和控制的机制。我们可以通过捕获信号并注册处理函数来实现对信号的处理。在处理信号时，我们可以选择忽略、捕获或执行默认操作。