在Linux操作系統中，信號（Signal）是進程間通信和進程控制的核心機制之一。信號是一種異步通知機制，可以向進程發送異步事件通知，以便進程能夠處理系統級別的事件。本文將詳細探討Linux中的信號原理，重點講解阻塞信號的機制及其使用。
一、Linux信號的基本概念
1. 什么是信號
信號是一種輕量級的異步通知機制，通常用于通知進程發生了某種事件。信號可以由內核、用戶或進程本身產生。例如，當用戶按下?Ctrl+C?時，系統會向前臺進程發送?SIGINT?信號，通知進程終止。
2. 常見信號
一些常見的Linux信號包括：
SIGHUP：掛起信號，通常在終端斷開連接時發送。SIGINT：中斷信號，通常由?Ctrl+C?觸發，要求進程終止。SIGKILL：強制終止信號，不能被捕獲或忽略，立即終止進程。SIGTERM：終止信號，程序可以捕獲并執行清理工作后退出。SIGSEGV：無效內存訪問信號，通常在程序訪問未分配的內存時觸發。
二、信號處理機制
信號可以被進程捕獲、忽略或使用默認處理方式。對于每種信號，進程都可以設置一個信號處理函數，當信號發生時，操作系統會調用該函數。
1. 注冊信號處理函數
使用?signal()?函數可以注冊一個信號處理函數：
#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>void handle_sigint(int sig) {printf("Caught signal %d\n", sig);
}int main() {signal(SIGINT, handle_sigint);while (1) {printf("Running...\n");sleep(1);}return 0;
}解釋：在上面的代碼中，當進程收到?SIGINT?信號時（如按下?Ctrl+C），handle_sigint()?函數會被調用，從而在終端打印信號編號。
2. 信號的默認處理
如果進程沒有為信號指定處理函數，操作系統會執行默認處理。例如，SIGKILL?信號的默認行為是立即終止進程，SIGSEGV?信號的默認行為是終止進程并生成內核轉儲（core dump）。
三、阻塞信號
阻塞信號是一種控制信號傳遞的機制。通過阻塞信號，進程可以暫時阻止某些信號的處理，直到解除阻塞為止。這對于保護關鍵代碼段非常有用，確保在執行關鍵操作時不會被信號中斷。
1. 使用?sigprocmask?阻塞信號
sigprocmask?函數用于檢查和更改進程的信號掩碼（signal mask），從而控制信號的阻塞。
#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>int main() {sigset_t set;sigemptyset(&set);sigaddset(&set, SIGINT);// 阻塞SIGINT信號sigprocmask(SIG_BLOCK, &set, NULL);printf("SIGINT is blocked\n");sleep(10);// 解除阻塞sigprocmask(SIG_UNBLOCK, &set, NULL);printf("SIGINT is unblocked\n");while (1) {sleep(1);}return 0;
}解釋：在上面的代碼中，我們首先創建一個空的信號集?set，然后將?SIGINT?添加到這個信號集中。通過?sigprocmask?函數，我們阻塞了?SIGINT?信號。此時，即使用戶按下?Ctrl+C，進程也不會立即響應。10秒后，我們解除阻塞，進程恢復對?SIGINT?的處理。
2. 使用?sigsuspend?進行信號等待
sigsuspend?函數用于暫時替換進程的信號掩碼，并掛起進程直到接收到信號。常用于實現安全的信號等待操作。
#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>void handle_sigint(int sig) {printf("Caught signal %d\n", sig);
}int main() {signal(SIGINT, handle_sigint);sigset_t set, oldset;sigemptyset(&set);sigaddset(&set, SIGINT);// 阻塞SIGINT信號sigprocmask(SIG_BLOCK, &set, &oldset);printf("Waiting for SIGINT\n");// 暫時解除阻塞，并掛起進程等待信號sigsuspend(&oldset);printf("Resuming execution\n");return 0;
}解釋：sigsuspend?函數接收一個信號集作為參數，并暫時將其作為新的信號掩碼，然后掛起進程直到接收到信號。信號處理函數處理完信號后，進程恢復執行。
四、信號阻塞與處理的應用場景
阻塞信號的常見應用場景包括：
- 關鍵代碼保護：在執行關鍵操作時，阻塞信號可以防止因信號中斷而導致的不一致狀態。
- 同步多線程：在多線程編程中，主線程可以阻塞特定信號，而讓其他線程處理該信號，從而實現線程間的同步。
- 復雜信號處理：在需要處理多個信號或需要確保特定順序的信號處理時，可以使用阻塞和解除阻塞的機制來實現。
