Linux 进程信号进阶：信号集操作、捕捉机制与核心概念全解析—-《Hello Linux!》(16)

前言

在上一篇文章中，我们已经掌握了 Linux 进程信号的基础认知 —— 包括信号的本质、三种处理方式、五大产生途径，以及内核中block（阻塞）、pending（未决）、handler（处理函数）的核心保存机制。而当我们进入实际开发场景，仅了解基础原理远远不够：如何批量管理多个信号？如何可靠地捕捉信号并自定义处理逻辑？信号处理时用户态与内核态如何切换？哪些函数在并发场景下会引发问题？volatile关键字为何能避免编译器优化带来的坑？

本文将聚焦进程信号的 “进阶实操与底层细节”，带你从 “知其然” 走向 “知其所以然”。首先详解sigemptyset、sigprocmask、sigpending等信号集操作函数，掌握信号阻塞与未决状态的手动管理技巧；接着深入信号捕捉的底层流程 —— 剖析用户态与内核态的切换逻辑，对比signal与sigaction的使用场景，解锁信号处理函数的灵活配置；随后拆解可重入函数的判定标准、volatile关键字的内存可见性原理，以及SIGCHLD信号的特殊处理规则；最后通过经典面试 / 笔试真题巩固知识点，帮你避开实际开发中的高频踩坑点。

无论你是需要实现复杂信号管理的开发者，还是备战技术面试的求职者，本文都能为你搭建 “实操函数 – 底层机制 – 核心概念 – 真题巩固” 的完整知识体系，让你彻底吃透进程信号的进阶核心，从容应对信号处理相关的开发需求与面试挑战。

信号集操作函数

#include <signal.h>
int sigemptyset(sigset_t *set);
int sigfillset(sigset_t *set);
int sigaddset (sigset_t *set, int signo);
int sigdelset(sigset_t *set, int signo);
int sigismember（const sigset_t *set, int signo);

信号集:是一种用于管理多个信号的集合型数据结构，是用位图实现的

sigemptyset:初始化set所指向的信号集,使其中所有信号的对应bit清零,表示该信号集不包含 任何有

效信号。

sigfillset:初始化set所指向的信号集,使其中所有信号的对应bit置1,表示 该信号集的有效信号包括系统支持的所有信号。

sigaddset:让set所指向的信号集里面的signo对应的信号置为1

sigdelset:让set所指向的信号集里面的signo对应的信号置为0

上面这四种函数的返回值:成功返回0,出错返回-1

sigismember:用于判断一个信号集的有效信号中是否包含某种信号,若包含则返回1,不包含则返回0,出错返回-1

使用eg:
sigset_t bset;
sigemptyset(&bset);//这才初始化好了一个信号集

sigprocmask：

作用:用来改当前进程的block表

参数:

how：只有三种填法:（这里面三选一哈）

SIG_BLOCK:将 set 中的信号添加到当前屏蔽字（即屏蔽这些信号）

SIG_UNBLOCK:将 set 中的信号从当前屏蔽字中移除（即不再屏蔽这些信号）

SIG_SETMASK:直接将进程的信号屏蔽字设置为 set 所指向的信号集合。

oldset:是输出型参数，存的是修改前的信号屏蔽字(不需要的话就搞成NULL)

返回值:若成功则为0,若出错则为-1

注意:9号和19号信号是被屏蔽不了的

sigpending:

作用:获取当前进程的未决信号集

set:输出型参数，把当前进程对的未决信号集存在set里面

返回值:成功返回0,失败返回-1

信号的捕捉

如果信号的处理动作是用户自定义函数,在信号递达时就调用这个函数,这称为捕捉信号

先引入信号处理:

当进程从内核态返回到用户态时，会进行信号的检测和处理

内核态:此时可以访问操作系统的代码和数据(访问用户的代码和数据的话会受控)

用户态:此时只能访问用户自己的代码和数据

这个的原因要研究进程地址空间了，进程地址空间一共4G，下面低地址的那3G是用户空间的，上面那1G是内核空间的–内核空间也有内核级的页表使用，然后指向比如：操作系统的代码和数据

引申:内核级页表只有一份 但是有几个进程就有几个用户级页表

    每一个进程看到的内核空间的东西是一样的

操作系统是会自动进行身份切换的，比如调用系统调用的时候–用户身份会从内核态变成用户态或者从用户态变成内核态

比如:用户态变成内核态:发起系统调用时，会通过int 80指令让CPU的cu寄存器从低特权级指向高特权级，然后就变成内核态了

使用系统调用时，就是正文代码跳转到内核空间里面去进行操作了

如果把信号的处理搞成了自定义动作，这个信号的处理流程:

可以简记为下面这个图:

引申:不止系统调用才能把用户态切换成内核态–比如:中断也是可以的

引申:操作系统的本质:基于时钟中断的死循环

理解:在计算机硬件中，有一个时钟芯片，每隔极短的时间，就会向CPU发送时钟中断，CPU就会进入内核态处理时钟中断，然后去进程队列里面重新调度进程

时间片的实现也是依赖于时间中断

sigaction

作用:可以读取和修改与指定信号相关联的处理动作

这里面的struct sigaction是:

void (*sa_handler)（int）:这个就是自定义处理信息动作 –跟signal那里的handler的定义方法差不多

sa_mask是屏蔽信号集

参数:

signum是信号是几号

act里面存的是新的信号处理配置

oact是输出型参数，里面存的是旧的结构体(不需要的话就填NULL)

返回值:成功返回0,失败返回-1

使用展示:
 void handler(int signo)
 { ...... }
struct sigaction act, oact;
memset(&act, 0, sizeof(act));
memset(&oact, 0, sizeof(oact));//把结构体所有字节置为0
sigemptyset(&act.sa_mask);
sigaddset(&act.sa_mask, 1);//这样的话，当handler在处理时，会把1号信号也屏蔽掉
act.sa_handler = handler; 
sigaction(2, &act, &oact);

当某个信号的处理函数被调用时,内核自动将当前信号加入进程的信号屏蔽字,当信号处理函数返回时自动恢复原来的信号屏蔽字 –这样可以防止信号被嵌套调用

如果在调用信号处理函数时,除了当前信号被自动屏蔽之外,还希望自动屏蔽另外一些信号,则用sa_mask字段说明这些需要额外屏蔽的信号,当信号处理函数返回时自动恢复原来的信号屏蔽字

可重入函数

如果一个函数被重复进入(多个执行流执行)的情况下，会出错或者可能会出错 这叫做不可重入函数

不然就叫做可重入函数

目前接触到的大多数函数都是不可重入函数

比如:链表的头插

volatile

这是个关键字

作用:防止编译器过度优化，保持内存的可见性

比如:编译器优化级别被开启或者变量没在外部函数修改时,就会触发寄存器缓存优化

这个优化会把变量的值存储在寄存器里面，下次用到这个值的时候就不去内存中读了

加上volatile的话，每次需要这个变量，都会去内存里面读取

用法: eg: volatile int flag = 0;

SIGCHLD信号(了解即可)

子进程在退出时，会给父进程传递一个信号SIGCHLD

SIGCHLD信号是17号信号，它的默认处理动作是忽略的

这个忽略跟SIG_IGN不一样哈

这个忽略是SIG_DFL，然后它里面的默认处理动作是忽略

如果是SIG_IGN的话，是信号到达跟不到达一个样–改成这个的话，子进程就不会有僵尸进程了

SIG_DFL的话是需要进程接收，接收后才处理的

作业部分

以下描述正确的有：[多选](BD)
A.若信号被阻塞，则信号将无法添加到未决信号集合中
B.若信号被阻塞，则信号依然可以添加到未决信号集合中
C.若信号被忽略，则信号将无法添加到未决信号集合中
D.若信号被忽略，则信号依然可以添加到未决信号集合中
//信号忽略，只是说信号的处理方式就是忽略处理，并不表示不再接收指定信号

一个进程无法被kill杀死的可能有哪些？[多选](ABCD)
A.这个进程阻塞了信号
B.用户有可能自定义了信号的处理方式
C.这个进程有可能是僵尸进程
D.这个进程当前状态是停止状态//就不再处理信号了，但会加入pending

以下描述正确的有：（B）
A.未决信号指的是已经被处理的信号
B.未决信号指的是还未被处理的信号
C.同一个信号可以在未决信号集合中添加多次
//可靠信号可以，非可靠不行;可靠信号的pending存储方式跟非可靠不一样
D.每一个信号处理完毕后都会从pending集合中移除//可靠信号是先检查还有没有这个信号，再移除
引申:非可靠信号:1-31号   可靠信号:34-64号

下列选项中，会导致用户进程从用户态切换到内核态的操作是(B)
I．	整数除以零  
II． 	sin（）函数调用  //库函数不会导致运行态的切换
III．	read 系统调用
A.仅 I、 II
B.仅 I、 III
C.仅 II、 III
D.I、 II 和 III

 以下描述正确的有：(C)//不会被打断，就是可重入的
A.在一个函数中若对局部变量进行了操作，则这个函数一定是不可重入的
B.在一个函数中若对全局变量进行了操作，则这个函数一定是可重入的
C.在一个函数中若对全局变量进行了原子操作，则这个函数一定是可重入的
D.在一个函数中若对局部变量进行了原子操作，则这个函数一定是不可重入的
引申:原子操作指的是一次完成，中间不会被打断的操作

 以下描述正确的有：(D)
A.只能使用signal函数自定义信号捕捉函数//sigaction也行
B.若当前进程处于阻塞状态，则此时到来的信号暂时无法处理//信号会打断进程当前的阻塞状态去处理信号
C.使用signal函数进行信号捕捉函数修改时，可以指定SIG_DFL设置为忽略处理//SIG_DFL表示默认处理方式
D.使用signal函数进行信号捕捉函数修改时，可以指定SIG_IGN设置为忽略处理
//SIG_IGN，表示将该信号设置为 忽略处理