在 Unix/Linux 系統編程中，管理信號處理行為涉及以下核心概念和模型，它們共同構成了信號處理的框架：

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1. 信號（Signal）模型

• 軟件中斷：信號是異步事件通知機制，類比硬件中斷
• 預定義類型：SIGINT (Ctrl+C)、SIGTERM (終止請求)、SIGSEGV (段錯誤) 等標準信號
• 生命周期：
  1. 生成（Generation）：事件觸發信號產生
  2. 遞送（Delivery）：內核將信號傳遞給目標進程
  3. 處理（Handling）：進程執行注冊的處理動作

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2. 信號處理行為控制

行為類型	說明	設置方式
默認行為	系統預定義行為（終止/忽略/暫停）	SIG_DFL
忽略信號	丟棄信號不做任何響應	SIG_IGN
自定義處理函數	用戶注冊的信號處理例程	函數指針

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3. 關鍵控制機制

(1) 信號阻塞（Blocking）

• 目的：臨時阻止信號遞送
• 實現：

  sigset_t mask;
  sigemptyset(&mask);
  sigaddset(&mask, SIGINT);
  sigprocmask(SIG_BLOCK, &mask, NULL);  // 阻塞SIGINT
  

• 特點：
  • 被阻塞的信號處于**掛起（Pending）**狀態
  • sigpending() 可獲取掛起信號集
  • 解除阻塞后立即遞送

(2) 信號屏蔽（Masking）

• 執行處理函數時自動生效：
  • 當前處理的信號自動被屏蔽（除非設置 SA_NODEFER）
  • 通過 sa_mask 指定額外屏蔽的信號集
• 作用：防止信號處理函數被重入

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4. 信號處理模型

(1) 單次處理模型

struct sigaction sa = {.sa_handler = handler,.sa_flags = SA_RESETHAND  // 處理一次后恢復默認行為
};

• 特點：類似傳統 signal() 的行為
• 風險：信號再次發生時可能觸發默認行為（如終止進程）

(2) 持久處理模型

struct sigaction sa = {.sa_handler = handler,.sa_flags = 0  // 持續有效
};

• 特點：處理函數保持激活狀態
• 最佳實踐：配合信號阻塞使用

(3) 實時信號處理模型

struct sigaction sa = {.sa_sigaction = rt_handler,.sa_flags = SA_SIGINFO | SA_RESTART
};

• 特點：
  • 支持信號排隊（避免丟失）
  • 可攜帶附加信息（發送者PID、錯誤地址等）
  • 使用 sigqueue() 發送：

  union sigval value = {.sival_int = 42};
  sigqueue(pid, SIGRTMIN+1, value);
  

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5. 關鍵系統調用

系統調用	用途
sigaction()	注冊信號處理行為（核心接口）
sigprocmask()	控制進程信號屏蔽集
sigsuspend()	原子操作：設置屏蔽集 + 等待信號
kill()/raise()	發送信號（跨進程/自身）
sigaltstack()	設置備選信號棧（處理棧溢出信號）

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6. 特殊處理場景

(1) 系統調用中斷處理

• 問題：慢速系統調用（如 read()）被信號中斷
• 解決方案：

  struct sigaction sa = {.sa_handler = handler,.sa_flags = SA_RESTART  // 自動重啟被中斷的系統調用
  };
  

(2) 信號競爭處理

• 臨界區保護模式：

  sigset_t new_mask, old_mask;
  sigemptyset(&new_mask);
  sigaddset(&new_mask, SIGINT);// 進入臨界區前阻塞信號
  sigprocmask(SIG_BLOCK, &new_mask, &old_mask);/* 臨界區代碼（不會被SIGINT中斷） */// 等待可能發生的信號
  sigsuspend(&old_mask);// 恢復原始屏蔽集
  sigprocmask(SIG_SETMASK, &old_mask, NULL);
  

(3) 子進程終止處理

void sigchld_handler(int sig) {while (waitpid(-1, NULL, WNOHANG) > 0); // 非阻塞回收所有僵尸進程
}// 注冊處理
struct sigaction sa = {.sa_handler = sigchld_handler,.sa_flags = SA_RESTART | SA_NOCLDSTOP
};
sigaction(SIGCHLD, &sa, NULL);

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7. 安全編程模型

1. 異步信號安全（Async-signal-safe）：

   • 信號處理函數中只能調用異步安全函數（如 write(), _exit()）
   • 禁止調用非可重入函數（malloc, printf 等）

2. 自包含狀態：

   volatile sig_atomic_t flag = 0;  // 信號安全標志void handler(int sig) {flag = 1;  // 僅設置標志，主循環中處理
   }
   

3. 備選信號棧：

   stack_t ss = {.ss_sp = malloc(SIGSTKSZ), .ss_size = SIGSTKSZ
   };
   sigaltstack(&ss, NULL);  // 設置備選棧struct sigaction sa = {.sa_handler = handler,.sa_flags = SA_ONSTACK  // 使用備選棧
   };
   

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概念關系圖

+---------------------+
|   信號產生源         | (硬件/內核/進程)
+----------+----------+| 生成信號v
+---------------------+
|   內核信號隊列       | (實時信號排隊)
+----------+----------+| 遞送決策v
+---------------------+  阻塞？   +----------+
|   進程信號屏蔽集     +--------->| 掛起狀態 |
+----------+----------+          +----------+| 未阻塞？v
+---------------------+
|   信號處理分發       |
|  +----------------+ |
|  | 默認行為處理    | |
|  | 忽略信號       | |
|  | 自定義處理函數  | |
|  +----------------+ |
+---------------------+|v
+---------------------+
|   處理函數執行環境   |
|  - 自動信號屏蔽     |
|  - 備選信號棧       |
|  - 中斷系統調用     |
+---------------------+

這些核心概念共同構成了 Unix/Linux 信號處理的完整模型，開發者需要理解其交互機制才能編寫出健壯可靠的信號處理代碼。