何荣 / 项目档案

Appearance

[English version](/posts/c教程/en-US/07-Working Close to the System/065-Signals and Signal Handlers)

当您按下 Ctrl+C 并且程序停止时，这不是魔法，而是一个信号。信号是操作系统如何告诉您的进程发生了一些重要的事情。

它们是来自内核或其他进程的异步轻量级消息。您的 C 程序可以捕获、忽略或处理它们，从而使您可以完全控制关闭、中断和错误。

步骤 1. 什么是信号？ ​

信号是发送到进程以通知其事件的整数代码。

信号意义默认操作
SIGINT中断 (Ctrl+C)终止
SIGTERM终止请求终止
SIGKILL强行击杀（抓不到）立即终止
SIGSEGV无效的内存访问核心转储
SIGCHLD子进程退出忽略或处理
SIGALRM计时器到期终止
SIGUSR1,SIGUSR2用户定义终止（除非处理）

您可以列出所有信号：

kill -l

输出示例：

1) SIGHUP  2) SIGINT  3) SIGQUIT  9) SIGKILL  15) SIGTERM  ...

步骤 2. 发送信号 ​

任何进程都可以使用以下命令向另一个进程发送信号kill()系统调用。

#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int main(void) {
    pid_t pid = getpid();
    printf("My PID: %d\n", pid);
    pause();  // wait for signal
}

在一个终端中运行此命令：

./signal_wait

然后在另一个：

kill -SIGUSR1 <pid>

该程序将从中唤醒pause()并终止（SIGUSR1 的默认行为）。

步骤 3. 安装信号处理程序 ​

您可以通过安装处理程序函数来覆盖默认操作。

#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
void handle_sigint(int sig) {
    printf("\nCaught signal %d (SIGINT). Exiting gracefully.\n", sig);
    _exit(0);
}
int main(void) {
    signal(SIGINT, handle_sigint);
    while (1) {
        printf("Running... Press Ctrl+C to stop.\n");
        sleep(1);
    }
}

编译并运行：

gcc sigint_demo.c -o sigint_demo
./sigint_demo

输出：

Running... Press Ctrl+C to stop.
Running... Press Ctrl+C to stop.
^C
Caught signal 2 (SIGINT). Exiting gracefully.

步骤 4. 使用 sigaction()（现代 API） ​

signal()简单但跨系统不一致。推荐的现代界面是sigaction().

#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
void handler(int sig) {
    write(STDOUT_FILENO, "Caught signal\n", 14);
}
int main(void) {
    struct sigaction sa = {0};
    sa.sa_handler = handler;
    sigaction(SIGUSR1, &sa, NULL);
    printf("PID: %d\n", getpid());
    while (1) pause();
}

发送信号：

kill -SIGUSR1 <pid>

输出：

Caught signal

不像signal()，这个版本是可靠且可重入安全的（您只能调用异步安全函数，例如write()内部处理程序）。

步骤 5. 忽略并重置信号 ​

您可以忽略信号：

signal(SIGINT, SIG_IGN);

或者重置为默认行为：

signal(SIGINT, SIG_DFL);

如果您不希望 Ctrl+C 中断代码的某些部分，这会很有用。

步骤 6. 向其他进程发送信号 ​

示例：父母向其孩子发出信号。

#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
void child_handler(int sig) {
    printf("Child got signal %d\n", sig);
}
int main(void) {
    pid_t pid = fork();
    if (pid == 0) {
        signal(SIGUSR1, child_handler);
        while (1) pause();
    } else {
        sleep(1);
        printf("Parent sending SIGUSR1\n");
        kill(pid, SIGUSR1);
        sleep(1);
        kill(pid, SIGTERM);
    }
}

输出：

Parent sending SIGUSR1
Child got signal 10

步骤 7. 阻塞和解除阻塞信号 ​

有时您想延迟信号处理。您可以使用sigprocmask()暂时阻止信号。

#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main(void) {
    sigset_t set;
    sigemptyset(&set);
    sigaddset(&set, SIGINT);
    sigprocmask(SIG_BLOCK, &set, NULL);
    printf("SIGINT blocked for 5 seconds...\n");
    sleep(5);
    printf("Unblocking now.\n");
    sigprocmask(SIG_UNBLOCK, &set, NULL);
    while (1) pause();
}

在块期间按 Ctrl+C，没有任何反应。一旦解除阻塞，它就会正常终止。

步骤 8.带有alarm()和SIGALRM的定时器 ​

您可以设置一个计时器，在延迟后发送信号。

#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <stdio.h>
void handler(int sig) {
    printf("Timer expired!\n");
}
int main(void) {
    signal(SIGALRM, handler);
    alarm(3);  // after 3 seconds, send SIGALRM
    printf("Waiting...\n");
    pause();
}

输出：

Waiting...
Timer expired!

步骤 9. 退出时清理 ​

信号可让您实现优雅的清理（例如，关闭文件、删除临时文件）。

#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
void cleanup(int sig) {
    printf("\nCleaning up before exit...\n");
    unlink("tempfile.tmp");
    _exit(0);
}
int main(void) {
    signal(SIGINT, cleanup);
    open("tempfile.tmp", O_CREAT | O_WRONLY, 0644);
    while (1) {
        printf("Running... (Ctrl+C to exit)\n");
        sleep(1);
    }
}

现在按 Ctrl+C 可以安全地删除临时文件。

小代码：优雅关闭服务器 ​

#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
volatile sig_atomic_t running = 1;
void stop(int sig) {
    running = 0;
}
int main(void) {
    signal(SIGINT, stop);
    printf("Server running. Press Ctrl+C to stop.\n");
    while (running) {
        printf("Handling request...\n");
        sleep(1);
    }
    printf("Server shutting down cleanly.\n");
}

第 10 步：为什么它很重要 ​

信号对于以下方面至关重要：

  • 优雅终止（Ctrl+C）
  • 超时和警报
  • 子进程监控（SIGCHLD)
  • 错误处理（分段错误）
  • 守护进程和服务器控制

每个现实世界的 Unix 程序，从编辑器到 Web 服务器，都依赖于正确的信号处理来保证稳定性。

自己尝试一下 ​

  1. 编写一个程序，忽略 SIGINT 5 秒钟，然后恢复默认行为。
  2. 捕获 SIGTERM 并打印“Termination requests”。
  3. 让父进程每秒向其子进程发送 SIGUSR1。
  4. 使用alarm()实现用户输入超时。
  5. 在 shell 中添加一个信号处理程序，以便在退出前清理子进程。

接下来，您将学习程序如何直接共享和映射内存，使用mmap()，一个为数据库、共享内存和文件支持的数据结构提供支持的系统调用。

本站总访问 — 次