10. 信号事件处理：Unix信号基础、信号与事件循环集成、信号安全处理

各位同学，今天我们来聊聊信号。嗯，信号这个东西，在嵌入式开发里就像个不请自来的客人——你永远不知道它什么时候敲门。我早年做网络设备时，就被信号坑过好几次。说白了，信号是Unix/Linux系统里最古老的进程间通信方式之一，但也是最容易出问题的。

10.1 Unix信号基础

信号本质上是一个软件中断。它告诉进程：嘿，有事情发生了！可能是用户按了Ctrl+C，可能是子进程退出了，也可能是定时器到期了。

常见的信号有这么几类：

信号名	编号	默认行为	典型触发场景
SIGINT	2	终止进程	Ctrl+C
SIGTERM	15	终止进程	kill命令默认信号
SIGKILL	9	强制终止	无法捕获或忽略
SIGUSR1	10	终止进程	用户自定义
SIGPIPE	13	终止进程	写管道但读端已关闭
SIGALRM	14	终止进程	alarm()定时器到期

这里有个关键点：SIGKILL和SIGSTOP不能被捕获、阻塞或忽略。这是系统的最后手段，你拿它没办法。

10.2 信号与事件循环集成

好，现在问题来了。我们的事件循环（比如epoll、select）在阻塞等待事件，信号来了怎么办？

我见过不少新手这么写：

// 错误示范：在信号处理函数里直接操作事件循环
void sigint_handler(int sig) {
    // 直接调用事件循环的停止函数
    event_loop_stop();  // 危险！信号处理函数里做这个？
}

为什么危险？因为信号处理函数里能做的事情非常有限。你想想看，信号来的时候，程序可能正拿着某个锁，或者正在malloc分配内存。这时候你再去调用event_loop_stop，里面可能又涉及锁操作——死锁就来了。

正确的做法是什么？我个人的习惯是使用自管道（self-pipe）技巧：

// 自管道技巧：信号处理函数只写一个字节到管道
static int signal_pipe[2];

void sigint_handler(int sig) {
    char byte = 1;
    write(signal_pipe[1], &byte, 1);  // 信号安全：只做write
}

int event_loop_init() {
    pipe(signal_pipe);  // 创建管道
    // 将管道的读端加入epoll
    struct epoll_event ev;
    ev.events = EPOLLIN;
    ev.data.fd = signal_pipe[0];
    epoll_ctl(epoll_fd, EPOLL_CTL_ADD, signal_pipe[0], &ev);
    
    // 注册信号处理函数
    signal(SIGINT, sigint_handler);
    signal(SIGTERM, sigint_handler);
}

int event_loop_run() {
    while (!stop_flag) {
        int n = epoll_wait(epoll_fd, events, MAX_EVENTS, -1);
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            if (events[i].data.fd == signal_pipe[0]) {
                // 在主循环里处理信号
                char byte;
                read(signal_pipe[0], &byte, 1);
                if (byte == 1) {
                    stop_flag = 1;
                    printf("收到退出信号，优雅关闭...\n");
                }
            }
            // 处理其他事件...
        }
    }
}

10.3 信号安全处理

说到信号安全，我得先讲一个血泪教训。我曾经在一个数据采集项目里，信号处理函数里调用了printf来打日志。结果呢？程序偶尔会莫名其妙地卡死。查了两天才发现——printf内部有锁，信号来的时候主程序正拿着那个锁，信号处理函数又去申请同一个锁，死锁了。

所以，信号处理函数里能做什么？我列个清单：

• 可以安全做的：
  • 读写volatile sig_atomic_t类型的变量
  • 调用异步信号安全函数（async-signal-safe functions）
  • write() 系统调用（注意不是fwrite）
• 绝对不能做的：
  • 调用malloc/free
  • 调用printf/fprintf等标准I/O函数
  • 操作任何全局数据结构（除非用原子操作）
  • 调用pthread_mutex_lock等同步原语

这里有个常用的安全模式——延迟处理：

// 安全模式：信号处理函数只设置标志
static volatile sig_atomic_t sig_received = 0;

void signal_handler(int sig) {
    sig_received = sig;  // 唯一操作：写一个整数
}

int main() {
    signal(SIGINT, signal_handler);
    signal(SIGTERM, signal_handler);
    
    while (1) {
        // 在主循环中检查标志
        if (sig_received) {
            int sig = sig_received;
            sig_received = 0;  // 清零
            
            // 现在可以安全地做任何事了
            printf("捕获到信号 %d，执行清理...\n", sig);
            // 关闭文件、释放资源、保存状态...
        }
        
        // 正常的事件处理
        // ...
    }
}

10.4 信号集与信号屏蔽

有时候，你不想在关键代码段被信号打断。比如你在更新一个链表，信号处理函数如果也操作这个链表，那就乱套了。

这时候可以用信号屏蔽：

// 屏蔽信号：保护临界区
sigset_t old_mask, new_mask;
sigemptyset(&new_mask);
sigaddset(&new_mask, SIGINT);
sigaddset(&new_mask, SIGTERM);

// 进入临界区前屏蔽信号
sigprocmask(SIG_BLOCK, &new_mask, &old_mask);

// 执行临界区代码
update_linked_list();

// 恢复原来的信号掩码
sigprocmask(SIG_SETMASK, &old_mask, NULL);

注意：sigprocmask在多线程程序里要换成pthread_sigmask。嗯，这是另一个坑，我当年就踩过。

10.5 知识体系总览

说了这么多，我画张图帮你理清思路：

这张图把整个流程串起来了。从左到右看：信号来了，处理函数只做最少的操作（写管道或设标志），然后立即返回。主循环在epoll_wait里统一检测，再执行真正的处理逻辑。

好了，关于信号事件处理，核心就是这些。记住：信号处理函数不是普通函数，它是异步的、不可重入的、限制重重的。尊重它的特殊性，你的程序才能稳定运行。

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