处理 Linux 信号：进程控制与异常管理的核心

处理 Linux 信号：进程控制与异常管理的核心

信号（signal）是 Linux/Unix 系统中最古老、最基础、最重要的进程间通信机制之一，同时也是现代多进程/多线程程序中处理异常、中断、终止、资源限制等场景的核心手段。

一、信号最本质的五种用途（按重要性排序）

1. 通知进程外部事件发生（最常见）

• Ctrl+C → SIGINT
• Ctrl+\ → SIGQUIT
• kill -9 → SIGKILL
• 父进程结束 → SIGHUP（常用于守护进程重读配置）

1. 实现进程间简单同步/通知

• SIGUSR1 / SIGUSR2（用户自定义信号）
• SIGCHLD（子进程退出/停止/继续）

1. 处理异常和错误

• SIGSEGV（段错误）
• SIGFPE（浮点异常 / 除零）
• SIGBUS（总线错误）
• SIGILL（非法指令）

1. 实现软终止 / 优雅退出

• SIGTERM（请求终止，默认行为是退出）
• SIGINT（键盘中断）

1. 资源限制与超时控制

• SIGXCPU（CPU 时间超限）
• SIGXFSZ（文件大小超限）
• SIGALRM（alarm() 定时器到期）

二、信号处理方式对比（最重要的分类）

处理方式	行为描述	是否可自定义	是否可靠	典型场景	是否阻塞其他信号
默认动作	操作系统预定义的行为	不可	—	大多数信号的初始状态	—
忽略（SIG_IGN）	直接丢弃该信号	可	低	后台进程忽略 SIGCHLD	—
捕获（用户函数）	调用用户注册的信号处理函数	可	中~高	清理资源、日志、优雅退出	看 sigaction 设置
默认不捕获	SIGKILL / SIGSTOP 永远不能被捕获或忽略	不可	—	强制杀死 / 强制暂停	—

三、现代推荐做法：使用 sigaction 而非 signal

// 强烈不推荐（古老且行为不可预测）
signal(SIGINT, handler);

// 推荐写法（POSIX 标准，可控性强）
struct sigaction sa;
sa.sa_handler = handler;           // 普通函数指针
// sa.sa_sigaction = handler_sig;  // 如果需要 SA_SIGINFO
sa.sa_flags = SA_RESTART | SA_SIGINFO;  // 常用组合
sigemptyset(&sa.sa_mask);          // 或 sigaddset 屏蔽其他信号

if (sigaction(SIGINT, &sa, NULL) == -1) {
    perror("sigaction");
}

常用 sa_flags 组合解释

标志位	含义	推荐场景
SA_RESTART	被信号打断的慢速系统调用（如 read、write）会自动重启	大多数网络/文件 IO 服务程序
SA_SIGINFO	传递更多信息（si_signo, si_code, si_addr 等）	调试段错误、非法地址访问
SA_NOCLDSTOP	不产生子进程停止/继续时的 SIGCHLD（只在退出时产生）	父进程只关心子进程死亡
SA_NOCLDWAIT	子进程退出时不产生僵尸进程（wait 不需要）	不需要回收子进程状态的场景
SA_NODEFER	在信号处理函数执行期间不自动屏蔽本信号（允许信号嵌套）	极少数场景（慎用）

四、最常被捕获的信号一览表（2025 视角）

信号	默认行为	是否可捕获/忽略	常见捕获目的	是否推荐捕获
SIGINT	终止	可	优雅退出、保存数据、打印统计	强烈推荐
SIGTERM	终止	可	服务平滑关闭（最礼貌的 kill）	强烈推荐
SIGQUIT	终止+core dump	可	调试时产生 core 文件	视情况
SIGCHLD	忽略	可	回收子进程、waitpid 非阻塞	几乎必捕获
SIGPIPE	终止	可	忽略（网络编程常见）或记录日志	常忽略
SIGSEGV	终止+core dump	可	记录崩溃信息、生成更好诊断日志	推荐（谨慎）
SIGUSR1/2	终止	可	自定义行为（重载配置、打印状态、切换日志）	非常常用
SIGALRM	终止	可	超时控制（配合 alarm 或 setitimer）	常用
SIGKILL	强制杀死	不可	—	—
SIGSTOP	强制暂停	不可	—	—

五、经典代码模式（生产级）

volatile sig_atomic_t quit = 0;

static void graceful_shutdown(int sig) {
    quit = 1;
    // 可以在这里记录日志，但不要做耗时操作
}

int main() {
    struct sigaction sa;
    sa.sa_handler = graceful_shutdown;
    sa.sa_flags = SA_RESTART;
    sigemptyset(&sa.sa_mask);

    // 同时捕获 SIGINT 和 SIGTERM
    sigaction(SIGINT,  &sa, NULL);
    sigaction(SIGTERM, &sa, NULL);

    // 忽略 SIGPIPE（网络断开常见）
    signal(SIGPIPE, SIG_IGN);

    while (!quit) {
        // 主循环
        sleep(1);
    }

    printf("正在优雅退出...\n");
    // 清理资源、保存状态、通知其他模块
    cleanup();
    return 0;
}

六、生产环境常见信号处理策略总结

场景	推荐信号处理策略	备注
长连接服务器	捕获 SIGINT/SIGTERM → 优雅关闭	设置 quit 标志，逐步关闭连接
守护进程	捕获 SIGHUP → 重读配置文件	经典做法
批处理/命令行工具	捕获 SIGINT → 打印进度或部分结果后退出	用户体验更好
高性能服务	SIGUSR1 → 打印内部状态/连接数/延迟统计	运维常用
SIGCHLD 处理	使用 SA_NOCLDWAIT 或非阻塞 waitpid	避免僵尸进程
崩溃诊断	SIGSEGV/SIGABRT → 记录栈、环境、寄存器信息	生成自定义 crash report

如果你现在正在写某一类程序（网络服务、命令行工具、守护进程、容器 init 进程等），可以告诉我，我可以给你更针对性的信号处理方案和代码模板。