Linux进程信号深度解析（从中断本质到信号捕捉全流程）

四、信号的生命周期：未决与递达

信号从产生到被进程处理，经历三个阶段：

1. 产生：信号被内核或进程发送。
2. 未决（Pending）：信号已经产生，但尚未被进程处理。在此期间，如果进程阻塞了该信号，它会保持在未决队列中。
3. 递达（Delivery）：信号被进程处理（执行默认动作、忽略或调用自定义捕捉函数）。

每个进程维护了两个信号集：blocked（信号屏蔽字，阻塞哪些信号）和pending（未决信号集）。通过sigprocmask等函数可以操作这些集，这是信号集操作的核心。

五、信号处理方式：默认、忽略与捕捉

进程对每个信号可以选择三种处理方式：

• 默认动作：大多数信号的默认动作是终止进程（如SIGINT），部分可能忽略（如SIGCHLD）或停止（如SIGSTOP）。
• 忽略：内核直接丢弃信号，不产生任何影响。
• 捕捉：进程注册一个用户态函数，当信号递达时调用该函数。这是信号捕捉的核心，也是本文重点。

注意：SIGKILL和SIGSTOP不能被忽略或捕捉，确保系统始终可以强制终止或暂停进程。

六、信号捕捉全流程（重点）

当进程注册了信号处理函数（通过signal或sigaction），信号递达时会发生以下步骤：

1. 进程正常执行用户态代码，发生中断、异常或系统调用，陷入内核态。
2. 内核处理完异常或系统调用，准备返回用户态之前，检查进程的pending信号集。
3. 如果存在未阻塞的信号，内核选择其中一个（通常是最小编号）进行处理。
4. 如果信号的处理方式是“捕捉”，内核会修改用户态栈信息，将程序计数器指向用户注册的信号处理函数，同时插入一段特殊的代码（sigreturn系统调用）用于返回。
5. 进程返回用户态，直接跳转到信号处理函数执行。
6. 信号处理函数执行完毕后，会自动调用sigreturn再次陷入内核，清理信号栈帧，恢复之前的执行上下文。
7. 内核返回到用户态，进程从被中断的位置继续执行。

整个流程涉及两次用户态↔内核态切换，体现了中断处理与用户态信号处理的紧密耦合。下图展示了这一过程：

七、信号集操作函数与sigaction

为了精细控制信号，POSIX提供了信号集操作函数：

• sigemptyset()、sigfillset()、sigaddset()、sigdelset()：初始化信号集。
• sigprocmask()：读取或修改进程的信号屏蔽字。
• sigpending()：获取当前未决信号集。
• sigaction()：比signal更强大可靠的信号注册函数，可指定更多标志，如SA_RESTART使被中断的系统调用自动重启。

#include #include #include void handler(int sig) {    printf("Caught signal %d", sig);}int main() {    struct sigaction sa;    sa.sa_handler = handler;    sigemptyset(&sa.sa_mask);    sa.sa_flags = 0;    sigaction(SIGINT, &sa, NULL);    while(1) pause();    return 0;}    

该示例使用sigaction捕捉SIGINT，并进入无限等待。当按下Ctrl+C时，会执行自定义的handler函数。

八、总结

Linux进程信号是理解系统编程和异常处理的关键。本文从中断处理的本质出发，详细讲解了信号的生命周期、信号捕捉的完整流程以及信号集的操作方法。掌握这些知识，你将能编写出更健壮、更具响应性的Linux程序。

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