Linux 中的信号（signal） 是进程间一种轻量级的异步通知机制，常被比喻为“软件中断”。下面按产生 → 保存 → 处理三个阶段给你系统梳理清楚整个流程（基于主流 Linux 内核实现，x86_64 架构为主）。
1. 信号的产生（谁/什么能产生信号）
| 产生方式 | 典型例子 | 内核函数（大致） | 是否可靠（可指定目标进程） |
|---|---|---|---|
| 硬件异常/陷阱 | 除0、段错误、非法指令、浮点异常 | do_trap() / do_page_fault() | 是（当前进程） |
| 终端特殊按键 | Ctrl+C → SIGINT Ctrl+\ → SIGQUIT Ctrl+Z → SIGTSTP | tty 驱动 → send_sig_info() | 是（前台进程组） |
| 软件主动发送 | kill(pid, sig) raise(sig) pthread_kill() | sys_kill / do_send_sig_info | 是 |
| 定时/闹钟 | alarm()、setitimer()、timer_create() | it_real_fn / posix_timer | 是（当前进程） |
| 内核主动产生 | 子进程退出 → SIGCHLD OOM killer | do_notify_parent() 等 | 是 |
| 其他系统事件 | 窗口大小改变 → SIGWINCH 电源事件 | 相应子系统 | 通常是当前进程或进程组 |
最常见的产生路径总结为三类：
- 当前进程自己作死（硬件异常、alarm）
- 别人用 kill() 系列打你
- 终端、前台进程组相关的控制信号
2. 信号的保存（内核怎么记住“有信号来了”）
信号到达内核后，并不立即执行处理函数，而是先记录下来。记录的位置在进程的 task_struct（PCB）里，主要有三个关键位图/集合：
| 字段（内核名字） | 含义 | 数据结构（现代内核） | 大小（常见64位系统） | 备注 |
|---|---|---|---|---|
| pending.signal | 未决信号集（pending） | struct sigpending → sigset_t | 通常2个 long（128位） | 还没处理的信号在这里“排队” |
| blocked | 被阻塞的信号集 | sigset_t | 同上 | sigprocmask / pthread_sigmask 设置 |
| real_blocked | 临时阻塞（rt_sigaction用） | sigset_t | 同上 | 较少见 |
核心逻辑：
- 信号来了 → 把对应 bit 置1 放入 pending.signal
- 如果该信号没被阻塞（即 !sigismember(&blocked, sig)），则标记为可递送
- 如果被阻塞，就只挂在 pending 里等待
- 同一个普通信号（非实时）多次产生只记录一次（pending bit 只有0/1）
- 实时信号（SIGRTMIN ~ SIGRTMAX）可以排队，带数据（siginfo），有计数
现代内核（5.x+）常用 sigpending 结构，包含：
struct sigpending {
struct list_head list; // 实时信号的 sigqueue 链表
sigset_t signal; // 位图（普通+实时信号的第一层）
};普通实时信号会同时占用位图 + 挂到 list 上排队。
3. 信号的处理（什么时候、在哪里被处理）
信号真正被执行的时机只有一种：
进程即将从内核态返回用户态时（最典型的就是系统调用返回、时钟中断返回、中断返回等）
检查流程（do_signal / exit_to_user_mode_loop 大致逻辑）：
- 当前是否有未决且未阻塞的信号？（pending & ~blocked）
- 有 → 选一个优先级最高的信号（普通信号按编号小→大，实时信号按产生顺序）
- 根据进程对该信号的处理方式（sighandler_t sa_handler / sa_sigaction）分三种情况：
| 处理方式 | sa_handler 值 | 行为 | 是否清 pending bit |
|---|---|---|---|
| 默认处理 | SIG_DFL | 大部分信号：终止进程 SIGCHLD：忽略 SIGURG等：忽略 | 是 |
| 忽略 | SIG_IGN | 直接丢弃该信号（部分信号不能被忽略，如 SIGKILL/SIGSTOP） | 是 |
| 自定义捕捉 | 函数指针 | 保存现场 → 构造 ucontext → 修改栈 → 返回用户态时先执行信号处理函数 | 是（执行完才清） |
捕捉函数执行完后，内核会通过特殊的返回路径（通常是 rt_sigreturn 系统调用）恢复上下文，继续执行被打断的位置。
快速记忆口诀版
产生：硬件异常、终端按键、kill家族、定时器、内核事件
保存：task_struct → pending.signal（位图） + sigqueue（实时排队）
被阻塞 → 只保存不处理
未阻塞 → 标记待递送
处理时机：从内核返回用户态前一刻
处理方式：默认 / 忽略 / 捕捉 → 三选一
普通信号：只记一次（后来的覆盖）
实时信号：可排队、可带数据常见面试/笔试高频考察点总结
- 信号在内核用什么数据结构保存？（sigset_t + sigpending）
- 为什么普通信号不能排队？（节省空间 + 历史原因）
- 信号处理函数在什么时候执行？（从系统调用/中断返回用户态时）
- SIGKILL 和 SIGSTOP 能被捕捉/忽略/阻塞吗？（不能）
- 子进程退出一定会给父进程发 SIGCHLD 吗？（是，但父进程可忽略或阻塞）
- 信号处理函数里能调用哪些函数？（async-signal-safe 函数）
- sigsuspend、sigwait、sigsuspend 的区别？
需要更深入的某一部分（比如实时信号排队、siginfo、内核函数调用路径、信号栈、SA_SIGINFO、SA_RESTART 等）可以直接告诉我，我继续展开。
