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Linux信號處理全解析：從入門到實戰

一、初識Linux信號：系統級的"緊急電話"

1. 信號是什么？
   信號是Linux系統中進程間通信的"緊急通知"，如同現實中的交通信號燈。當用戶按下Ctrl+C（產生SIGINT信號）時，相當于給程序發送了"立即停車"的指令。

2. 常見信號速查表（精簡版）
   | 信號編號 | 名稱 | 觸發方式 | 默認行為 |
   |----------|-----------|------------------------|------------------------|
   | 1 | SIGHUP | 終端斷開 | 終止進程 |
   | 2 | SIGINT | Ctrl+C | 終止進程 |
   | 9 | SIGKILL | kill -9 | 強制終止 |
   | 15 | SIGTERM | 默認終止信號 | 優雅終止 |
   | 17 | SIGCHLD | 子進程狀態改變 | 通知父進程 |

生活案例：SIGTERM（15）如同禮貌的停車請求，SIGKILL（9）則是拖車強制拖走。

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二、信號操作入門：從命令行到代碼

1. 終端操作雙雄：kill vs killall

優雅終止nginx進程（發送SIGTERM）
$ kill 1234 強制終止所有python進程 
$ killall -9 python 查看信號列表 
$ kill -l 

對比項：

• kill：精確打擊（需知道PID）
• killall：范圍清除（按進程名稱）

2. 編程基礎：發送信號的兩種姿勢

// 發送信號給其他進程 
kill(pid, SIGTERM);// 給自己發送信號 
raise(SIGINT);

實驗場景：創建父子進程，通過SIGCHLD實現僵尸進程回收（代碼示例見附錄A）

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三、信號處理進階：從接收到響應

1. 信號處理三劍客

// 簡單注冊（傳統方式）
signal(SIGINT, handler);// 高級注冊（推薦方式）
struct sigaction sa;
sa.sa_handler = handler;
sigaction(SIGINT, &sa, NULL);

對比實驗：

• 連續快速按Ctrl+C時，signal可能丟失信號，而sigaction能正確捕獲

2. 定時器實戰：鬧鐘與秒表

alarm(5);  // 5秒后觸發SIGALRM 
ualarm(500000, 1000000); // 0.5秒后首次觸發，之后每1秒觸發 // 高精度定時器 
struct itimerval timer = {{2, 500000},  // 每2.5秒重復 {1, 0}        // 首次1秒后觸發 
};
setitimer(ITIMER_REAL, &timer, NULL);

應用場景：實現精準心跳檢測（誤差<1ms）

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四、信號控制藝術：精確管理的秘訣

1. 信號集操作四部曲

sigset_t set;
sigemptyset(&set);          // 初始化空集合 
sigaddset(&set, SIGINT);    // 添加SIGINT 
sigprocmask(SIG_BLOCK, &set, NULL); // 阻塞信號 
sigpending(&set);           // 查看待處理信號 

2. 信號屏蔽的三種策略
   | 策略 | 效果 | 適用場景 |
   |--------------|--------------------------------|------------------------|
   | 完全阻塞 | 信號永不遞送 | 關鍵代碼段保護 |
   | 臨時阻塞 | 延遲信號處理 | 事務操作 |
   | 選擇性接收 | 通過sigsuspend控制 | 高并發事件處理 |

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五、sigsuspend的原子魔法：解決世紀難題

1. 傳統方案的致命缺陷

sigprocmask(SIG_UNBLOCK, &set, NULL); // 解除阻塞 
pause(); // 這里可能永遠阻塞！

2. sigsuspend的原子化操作

sigset_t mask;
sigfillset(&mask);
sigsuspend(&mask); // 原子化：解除阻塞+等待信號 

原理圖解：

[初始狀態] -> [保存掩碼] -> [設置新掩碼] -> [等待信號]↑                                  |+--------[恢復原始掩碼]←-----------+

3. 實戰案例：安全信號等待器

void handler(int sig) {printf("Received %d\n", sig);
}int main() {struct sigaction sa;sigset_t mask;sigemptyset(&mask);sigaddset(&mask, SIGINT);sigprocmask(SIG_BLOCK, &mask, NULL);sa.sa_handler = handler;sigaction(SIGINT, &sa, NULL);while(1) {printf("Waiting...\n");sigsuspend(&mask); // 安全等待信號 }
}

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六、性能優化與避坑指南

1. 信號處理黃金法則

2. 精簡處理函數：避免調用非異步安全函數

3. 使用volatile變量：保證標志位的可見性

4. 優先選擇sigaction：確保可靠性和可移植性

5. 注意信號隊列：實時信號（SIGRTMIN+）支持排隊

6. 多線程慎用：每個線程有獨立信號掩碼

7. 常見問題解決方案
   | 問題現象 | 解決方案 |
   |------------------------|------------------------------|
   | 僵尸進程堆積 | SIGCHLD+wait組合拳 |
   | 服務無法正常關閉 | 捕獲SIGTERM實現優雅退出 |
   | 定時任務執行滯后 | 使用setitimer提高精度 |
   | 信號處理函數被重復調用 | 設置SA_NODEFER標志 |

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附錄A：僵尸進程回收代碼示例

// SIGCHLD處理示例 
void sigchld_handler(int sig) {while(waitpid(-1, NULL, WNOHANG) > 0);
}int main() {struct sigaction sa;sa.sa_handler = sigchld_handler;sigaction(SIGCHLD, &sa, NULL);if(fork() == 0) {// 子進程邏輯 exit(0);}while(1) pause();
}