70、信号处理：signal 函数的使用

信号处理，说白了就是让程序在运行时能响应某些“突发事件”。比如用户按了 Ctrl+C，或者系统发来一个终止指令。默认情况下，这些信号会让进程直接退出。但有时候，我们希望在退出前做点清理工作——保存数据、关闭文件、释放资源。这时候，signal 函数就派上用场了。

我刚开始做嵌入式开发时，对信号处理的理解很浅。总觉得这玩意儿是 Linux 应用层才用的，跟单片机没啥关系。后来做项目时发现，很多 RTOS 也提供了类似的机制。嗯，信号处理其实是一种通用的异步事件处理模型，值得好好掌握。

signal 函数的基本用法

signal 函数的原型很简单：

#include <signal.h>

void (*signal(int sig, void (*func)(int)))(int);

这个声明看着有点绕。我习惯把它拆开理解：

  • sig：要捕获的信号编号，比如 SIGINT（2，Ctrl+C）、SIGTERM（15，终止信号）。
  • func：信号处理函数的指针。当信号发生时，系统会调用这个函数。
  • 返回值：返回之前的信号处理函数指针，出错时返回 SIG_ERR。

说白了，signal 就是给某个信号“注册”一个处理函数。注册之后，信号来了，系统就不走默认流程了，而是调用你写的函数。

一个简单的例子

我们来看一个最基础的用法：捕获 Ctrl+C。

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>

void sigint_handler(int signo) {
    printf("\n捕获到 SIGINT 信号 (信号编号: %d)\n", signo);
    printf("按 Ctrl+C 不会退出，试试看\n");
}

int main() {
    // 注册信号处理函数
    if (signal(SIGINT, sigint_handler) == SIG_ERR) {
        perror("signal 注册失败");
        return 1;
    }

    printf("程序运行中... 按 Ctrl+C 试试\n");

    // 让程序一直跑着
    while (1) {
        pause();  // 等待信号
    }

    return 0;
}

运行这段代码，你按 Ctrl+C 不会退出程序，而是打印一条消息。为什么会这样？因为 SIGINT 的默认行为被我们替换成了自定义函数。

小提示：在信号处理函数中，尽量只做简单的事情。比如打印一条消息、设置一个标志位。不要调用 printf 这类不可重入的函数——虽然很多例子都这么写，但严格来说是不安全的。我一般只在调试时这么用。

信号处理函数的限制

这里有个坑，我踩过不止一次。信号处理函数是在中断上下文中执行的，能做的事情非常有限。具体来说：

  • 不要调用不可重入函数：比如 malloc、free、printf、fopen 等。这些函数内部可能使用了全局状态，信号处理函数一调用，容易把主程序搞崩。
  • 不要做耗时操作：信号处理函数应该尽快返回。如果卡在里面，其他信号可能被阻塞。
  • 注意全局变量的访问：如果要在信号处理函数和主程序之间共享数据，记得用 volatile sig_atomic_t 类型。这个类型保证读写是原子的，不会被打断。
警告：我曾经在一个项目中，信号处理函数里调用了 free，结果程序跑着跑着就莫名其妙地崩溃了。查了两天才发现是信号处理函数和主线程同时操作了堆内存。从那以后，我信号处理函数里只做两件事：设置标志位，或者写一个简单的管道通知主循环。

信号处理的核心逻辑

下面这张图展示了信号从产生到被处理的完整流程：

信号处理流程 信号产生 (Ctrl+C / kill / 硬件异常) 是否注册了 处理函数？ 是 调用自定义处理函数 (用户注册的 handler) 继续执行 / 退出 否 执行默认行为 (终止 / 忽略 / 暂停) 进程终止 信号处理流程：信号产生 → 判断是否注册处理函数 → 执行自定义逻辑或默认行为

你想想看，这个流程其实很清晰。信号来了，系统先查一下有没有注册处理函数。有，就调用你的函数；没有，就走默认行为。默认行为对大多数信号来说是终止进程。

常见的信号及其默认行为

信号 编号 触发条件 默认行为
SIGINT 2 Ctrl+C 终止进程
SIGTERM 15 kill 命令默认发送 终止进程
SIGKILL 9 kill -9 终止进程（不可捕获）
SIGSTOP 19 Ctrl+Z 暂停进程（不可捕获）
SIGSEGV 11 段错误（非法内存访问） 终止进程 + 生成 core dump
SIGPIPE 13 向已关闭的管道写数据 终止进程

注意，SIGKILL 和 SIGSTOP 是不能被捕获或忽略的。这是系统的安全机制——总得留一个“终极手段”来干掉失控的进程。

实际项目中的用法

在嵌入式系统中，信号处理常用于优雅退出。比如一个长期运行的数据采集程序，收到 SIGTERM 时，应该先关闭文件、释放设备、保存最后一批数据，然后再退出。

我习惯这样写：

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

volatile sig_atomic_t g_quit_flag = 0;

void sigterm_handler(int signo) {
    // 只设置标志位，不做其他操作
    g_quit_flag = 1;
}

int main() {
    // 注册 SIGTERM 处理函数
    if (signal(SIGTERM, sigterm_handler) == SIG_ERR) {
        perror("signal");
        exit(1);
    }

    // 也可以同时处理 SIGINT
    if (signal(SIGINT, sigterm_handler) == SIG_ERR) {
        perror("signal");
        exit(1);
    }

    printf("程序启动，PID: %d\n", getpid());
    printf("发送 kill %d 或按 Ctrl+C 可优雅退出\n", getpid());

    // 主循环
    while (!g_quit_flag) {
        // 正常的工作逻辑
        printf("工作中...\n");
        sleep(1);
    }

    // 清理工作
    printf("\n收到退出信号，开始清理...\n");
    // 关闭文件、释放设备、保存数据
    printf("清理完成，再见！\n");

    return 0;
}
关键点：使用 volatile sig_atomic_t 类型的全局标志位。这个类型保证：
  • 读写是原子的，不会被信号处理打断。
  • 编译器不会优化掉对这个变量的访问（volatile 的作用）。
主循环中不断检查这个标志位，一旦被设置，就跳出循环执行清理逻辑。

signal 的局限性

说实话，signal 函数在 POSIX 标准中已经被标记为“过时”了。为什么？因为它有一些历史遗留问题：

  • 行为因系统而异：在 System V 系统中，信号处理函数执行完后，信号的处理方式会被重置为默认行为。你需要重新注册。而在 BSD 系统中则不会。这就导致了可移植性问题。
  • 信号可能被阻塞：在处理一个信号时，如果同一个信号再次到来，可能会被丢失。
  • 不支持信号排队：多个相同的信号到来，只会处理一次。

所以，在实际项目中，我更推荐使用 sigaction 函数。它更可靠，功能也更强大。不过 signal 胜在简单，适合快速原型和教学场景。

我的建议：如果你在写新代码，直接用 sigaction。但如果你在维护老代码，或者需要兼容非常古老的系统，signal 还是能用的。记住一点：signal 是“能用”，sigaction 是“好用”。

避坑指南

最后，分享几个我踩过的坑：

  • 不要在信号处理函数中调用 exit：这会导致一些清理函数（比如 atexit 注册的）无法正常执行。用 _exit 代替。
  • 注意信号处理函数的可重入性：如果你在信号处理函数中修改了全局变量，主程序也在用这个变量，记得加锁。但信号处理函数中加锁又容易死锁——所以最好的办法就是用 sig_atomic_t 类型。
  • 不要忽略 SIGCHLD：如果你 fork 了子进程，忽略 SIGCHLD 会导致子进程变成僵尸进程。要么捕获它，要么用 wait 系列函数回收。
  • SIGPIPE 要小心：在网络编程中，如果对端关闭了连接，你还在写数据，就会收到 SIGPIPE。默认行为是终止进程。我一般会忽略它，或者捕获后做适当处理。

嗯，信号处理这块内容说多不多，说少不少。核心就是理解“异步事件”这个概念，以及如何在受限的环境中安全地响应它。掌握了 signal，再去看 sigaction 就会轻松很多。

公众号:蓝海资料掘金营，微信deep3321

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