【Linux操作系统】Linux系统编程中信号捕捉的实现

深碍√TFBOYSˉ_ 2024-03-24 18:28 87阅读 0赞

> 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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#### 文章目录 ####

*   *  1. 什么是信号？
     *  2. 信号的分类
     *  3. 信号的处理方式
     *  4. 信号的捕获与处理
     *   *  4.1 \`signal\`
         *  4.2 \`sigaction\`
     *  5. 信号的默认操作
     *  总结

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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。

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