深入理解Linux信号机制

在Linux系统编程中，Linux信号是一种非常重要的进程间通信机制。它本质上是一个软件中断，用来通知进程发生了异步事件。你可以把它想象成生活中的“红绿灯”——信号告诉进程“该停下来了”或者“有数据到了”。本文将从零开始，带你彻底搞懂信号、中断以及kill函数、alarm函数等核心工具。

1. 什么是信号？

信号是Linux/Unix系统响应某些条件而产生的事件。进程可以忽略信号（除SIGKILL和SIGSTOP外）、捕捉信号并执行自定义处理函数，或者执行默认操作（如终止进程）。常见的信号有SIGINT（Ctrl+C）、SIGSEGV（段错误）等。

2. 信号 vs 中断

中断分为硬件中断和软件中断。硬件中断由CPU外部设备（如键盘、网卡）触发，直接报告给CPU；而信号是一种软件中断，由内核或进程产生，在用户态处理。两者的共同点是都能打断程序的正常执行流，但信号更灵活，是进程间通信的基本手段之一。

3. 信号的产生与发送函数

信号的来源可以是硬件异常、终端操作或系统调用。下面重点介绍四个最常用的信号发送函数：

• kill函数：向指定进程或进程组发送任意信号。原型：int kill(pid_t pid, int sig);
• raise函数：向自身发送信号。等价于kill(getpid(), sig);
• abort函数：向自身发送SIGABRT信号，导致进程异常终止并生成core文件。
• alarm函数：设置一个定时器，当超时后内核向进程发送SIGALRM信号。原型：unsigned int alarm(unsigned int seconds);

其中alarm函数常用于实现超时控制，比如网络连接等待。

4. 信号处理：捕捉与忽略

进程可以通过信号处理函数改变信号的默认行为。最简单的是signal()函数，但更推荐使用sigaction()，因为它更可靠。

#include #include #include void handler(int sig) {    printf("捕获信号 %d", sig);}int main() {    signal(SIGINT, handler);   // 按Ctrl+C触发handler    alarm(5);                 // 5秒后发送SIGALRM    raise(SIGUSR1);           // 向自身发送SIGUSR1    while(1) pause();    return 0;}

上述代码展示了信号处理的基本流程：自定义函数、注册信号、触发信号。你可以看到kill函数在这里没有直接使用，但raise()实际上是它的特例。

5. 实战：用alarm实现超时退出

假设我们想等待用户输入，但最多等5秒：

#include #include #include void timeout(int sig) {    printf("超时！程序结束");    _exit(0);}int main() {    signal(SIGALRM, timeout);    alarm(5);    char buf[100];    printf("请在5秒内输入：");    fgets(buf, sizeof(buf), stdin);    alarm(0);  // 取消定时器    printf("输入：%s", buf);    return 0;}

这里alarm函数的妙用是：若5秒内无输入，内核发送SIGALRM，触发timeout函数终止进程。

6. 信号集与阻塞

高级编程中还需要掌握信号集操作（sigset_t）和信号阻塞（sigprocmask），它们允许进程临时“屏蔽”某些信号，等到解除屏蔽后再处理。这是实现临界区保护的重要技巧。

总结

本文从Linux信号的基本概念出发，对比了硬件中断与软件中断的区别，详细剖析了kill函数、raise、abort以及alarm函数的用法，并通过代码演示了信号处理的完整流程。信号是Linux异步事件编程的基石，掌握它将为你后续学习多线程、网络编程打下坚实基础。

—— 第二十一弹完结，下一弹将讲解信号的高级特性：实时信号与sigqueue。