Linux进程信号详解 信号的保存与处理机制

2. 信号在内核中的保存：pending与blocked

每个进程在内核中都有两个关键的位图结构：未决信号集（pending） 和 阻塞信号集（blocked），它们共同决定了信号的信号保存状态。

• pending（未决）：记录哪些信号已经产生但尚未被进程处理。当信号产生时，内核会将对应的pending位图中的比特位置1。当信号被递送（处理）后，该位被清0。
• blocked（阻塞）：记录哪些信号被进程屏蔽（阻塞）。进程可以告诉内核：“暂时不要递送这些信号给我”。被阻塞的信号可以多次产生，但在阻塞期间它们只能被保存在pending集中，不会立即处理。

小知识：阻塞信号集也称为“信号屏蔽字”，可以通过sigprocmask系统调用来修改。而pending集只能由内核更新，但进程可以通过sigpending函数读取。

3. 信号集操作函数（用户态视角）

为了便于操作这两个位图，Linux提供了一套信号集操作函数。它们不是直接修改内核位图，而是用于在用户空间构造sigset_t类型的变量，然后通过系统调用传递给内核。

    #include sigset_t set;sigemptyset(&set);          // 清空集合sigaddset(&set, SIGINT);    // 将SIGINT加入集合sigdelset(&set, SIGINT);    // 将SIGINT从集合移除sigismember(&set, SIGINT);  // 测试SIGINT是否在集合中// 将用户空间的set设置给内核的阻塞信号集sigprocmask(SIG_BLOCK, &set, NULL);  

通过sigprocmask，我们可以动态地阻塞或解除阻塞某些信号，从而影响信号的信号处理时机。

4. 信号处理的三条路径

当一个信号要递送给进程时，内核会根据当前状态决定如何处理：

1. 忽略：如果进程将该信号设置为SIG_IGN，则直接丢弃，pending对应位清零。
2. 执行默认动作：如果设置为SIG_DFL，则执行系统预定义的动作（如终止、停止、继续等）。
3. 捕捉并执行用户函数：如果进程通过signal或sigaction注册了自定义处理函数，则当信号递送时，内核会暂停当前执行流，跳转到用户态执行该处理函数，返回后再恢复。

注意：只有未被阻塞的信号才有机会被递送。当信号递送时，pending位被清0，然后执行对应的处理动作。

5. 完整的信号处理流程（小白图解）

假设进程正在执行main函数中的代码，此时一个信号产生：

1. 信号产生：内核将对应pending位置1。
2. 检查阻塞：在进程从内核态返回用户态的前夕，内核检查pending和blocked位图。如果pending中某位为1且blocked中对应位为0，则决定递送该信号。
3. 递送准备：如果该信号的处理动作是用户自定义函数，内核会修改用户态栈帧，使得从内核返回后首先执行该信号处理函数，然后再返回原代码继续执行。
4. 执行处理：进程切换到用户态，执行信号处理函数，完成后通过特殊的系统调用（sigreturn）再次陷入内核，清理栈帧，最后返回原执行点。

如果信号在阻塞期间多次产生，对于普通信号（非实时信号），pending位图中只记录一次，即相同信号只被保存一次；而对于实时信号，则会排队保存多次。本文主要讨论标准Linux信号（1～31），它们都是非实时信号。

6. 关键点总结

• 信号保存：pending位图保存了已产生但未处理的信号，blocked位图保存了被阻塞的信号。两者共同作用于信号的信号保存与递送。
• 阻塞信号不同于忽略信号：阻塞只是延迟处理，忽略是直接丢弃。
• 信号处理函数应在可重入函数中编写，避免使用不可重入函数（如printf、malloc等），因为信号处理可能随时打断主流程。
• 常用函数：signal和sigaction用于注册处理函数；sigprocmask用于操作阻塞信号集；sigpending用于查看未决信号。

希望这篇文章能帮你理清Linux信号中信号保存与信号处理的底层逻辑！