C语言信号编程深入研究

2024-08-31 12:04
文章标签 语言 编程 信号 深入研究

本文主要是介绍C语言信号编程深入研究，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

在这里插入图片描述

信号是操作系统向进程发送的一种软件中断，用于通知进程发生了某种特殊情况或异常事件。本篇文章将详细介绍如何使用C语言处理信号，包括基本的信号处理、自定义信号处理函数以及一些高级主题。

1. 引言

信号处理是操作系统与进程之间的一种通信机制。在C语言中，信号处理通常涉及捕获特定信号并在程序中执行相应的处理动作。本指南旨在提供一个全面的框架，帮助读者深入了解信号处理的基本原理和实践技巧。

2. 信号基础

2.1 信号类型

信号是由操作系统定义的一组特定的数字标识符。每个信号都有一个名称和一个关联的数字。以下是一些常见的信号：

  • SIGINT：中断信号（通常是Ctrl+C）。
  • SIGTERM：终止信号。
  • SIGKILL：强制终止信号。
  • SIGSEGV：段错误信号（内存访问违规）。
  • SIGALRM：定时器信号。

2.2 信号默认行为

每种信号都有一个默认的行为。例如，SIGINT和SIGTERM的默认行为是终止进程。SIGKILL总是终止进程，而不能被捕捉或忽略。

默认行为举例
  • SIGINT：默认行为是终止进程。
  • SIGTERM：默认行为是终止进程。
  • SIGKILL：强制终止进程，不能被捕捉或忽略。
  • SIGSEGV：默认行为是终止进程。
  • SIGALRM：默认行为是终止进程。

2.3 捕捉和忽略信号

可以使用signal()函数来指定信号处理函数，或者使用sigaction()函数来更精细地控制信号处理方式。还可以使用sigignore()来忽略某个信号。

使用signal()函数
void signal_handler(int signum) {printf("Caught signal %d\n", signum);// 进行清理工作后退出exit(EXIT_SUCCESS);
}int main() {signal(SIGINT, signal_handler); // 设置SIGINT信号处理函数while (1) {// 程序主循环}return 0;
}
使用sigaction()函数
void signal_handler(int signum) {printf("Caught signal %d\n", signum);// 进行清理工作后退出exit(EXIT_SUCCESS);
}int main() {struct sigaction sa;sa.sa_handler = signal_handler;sigemptyset(&sa.sa_mask);sa.sa_flags = 0;sigaction(SIGINT, &sa, NULL); // 设置SIGINT信号处理函数while (1) {// 程序主循环}return 0;
}

2.4 信号掩码

信号掩码用于控制哪些信号会被阻塞。当一个信号被阻塞时，该信号不会被传递给进程，直到信号被取消阻塞为止。

sigset_t mask;
sigemptyset(&mask);
sigaddset(&mask, SIGINT); // 添加SIGINT到掩码中
sigprocmask(SIG_BLOCK, &mask, NULL); // 阻塞SIGINT

2.5 信号传递机制

信号的传递机制涉及到信号的产生、传递以及最终的处理。当一个信号被发送给进程时，操作系统会将其记录在进程的状态中，直到信号被处理。

  • 信号产生：信号可以由多种途径产生，例如用户输入（如Ctrl+C）、硬件故障（如内存访问违规）或软件定时器。
  • 信号传递：信号被记录在进程的状态中，并且当适当的条件满足时（例如，信号不再被阻塞），信号将被传递给进程。
  • 信号处理：信号最终会被处理，这可以通过调用信号处理函数来实现。

3. 自定义信号处理

3.1 使用signal()函数

虽然signal()函数简单易用，但它有一些限制。例如，它不能区分同步和异步信号处理函数，也不能传递额外的参数。因此，推荐使用sigaction()函数。

信号处理函数的限制
  • 不可重入：signal()函数设置的信号处理函数不是可重入的，这意味着它们不能在多线程环境下安全使用。
  • 不支持额外参数：signal()函数设置的信号处理函数不支持传递额外参数。

3.2 使用sigaction()函数

sigaction()函数提供了更多的灵活性，可以设置同步或异步信号处理函数，以及信号掩码。

void signal_handler(int signum) {printf("Caught signal %d\n", signum);// 进行清理工作后退出exit(EXIT_SUCCESS);
}int main() {struct sigaction sa;sa.sa_handler = signal_handler;sigemptyset(&sa.sa_mask);sa.sa_flags = 0;sigaction(SIGINT, &sa, NULL); // 设置SIGINT信号处理函数while (1) {// 程序主循环}return 0;
}

3.3 信号处理函数的注意事项

  • 同步处理：同步信号处理函数必须尽快返回，以避免长时间阻塞其他线程。
  • 异步安全：异步信号处理函数必须是异步安全的，即它们只能调用异步安全的函数。
  • 避免递归：避免在信号处理函数中递归调用自身或其他可能再次触发相同信号的函数。
异步安全函数列表

在POSIX标准中，有一份异步安全函数列表，这些函数可以在信号处理函数中安全地调用。例如：

  • abort()：终止进程。
  • exit()：终止进程。
  • fprintf(stderr, ...)：向标准错误输出打印消息。
  • fwrite(..., stderr)：向标准错误输出写入数据。
  • printf()：打印格式化字符串。

4. 高级主题

在这里插入图片描述

4.1 信号集

信号集是一个用于表示一组信号的数据结构。可以使用sigemptyset()、sigfillset()、sigaddset()等函数来创建和修改信号集。

sigset_t mask;
sigemptyset(&mask); // 创建一个空的信号集
sigaddset(&mask, SIGINT); // 添加SIGINT到信号集中
sigprocmask(SIG_BLOCK, &mask, NULL); // 阻塞信号集中所有的信号

4.2 信号处理函数的类型

  • 同步处理：使用sa_handler字段指定一个函数作为信号处理函数。这种处理方式会暂停当前正在执行的线程，直到信号处理函数返回。
  • 异步处理：使用sa_sigaction字段指定一个函数作为信号处理函数。这种处理方式不会暂停当前正在执行的线程，而是允许其他线程继续执行。
void async_signal_handler(int signum, siginfo_t *info, void *context) {printf("Caught signal %d asynchronously\n", signum);// 进行清理工作
}int main() {struct sigaction sa;sa.sa_sigaction = async_signal_handler;sa.sa_flags = SA_SIGINFO; // 标记为异步信号处理函数sigemptyset(&sa.sa_mask);sigaction(SIGINT, &sa, NULL);while (1) {// 程序主循环}return 0;
}

4.3 信号同步

在多线程环境中，可以使用信号来同步线程。例如，可以使用信号来通知主线程某个任务已完成。

void *worker_thread(void *arg) {// 执行任务...raise(SIGCHLD); // 发送SIGCHLD信号通知主线程pthread_exit(NULL);
}int main() {pthread_t thread_id;pthread_create(&thread_id, NULL, worker_thread, NULL);// 等待SIGCHLD信号struct sigaction sa;sa.sa_handler = SIG_IGN; // 忽略SIGCHLD信号sigemptyset(&sa.sa_mask);sa.sa_flags = 0;sigaction(SIGCHLD, &sa, NULL);pause(); // 等待信号// 任务完成，继续执行其他代码return 0;
}

4.4 信号与多线程

在多线程程序中，信号可以被任何线程捕获。为了确保信号处理的一致性，可以使用pthread_sigmask()函数来控制信号的传递。

void *worker_thread(void *arg) {// 阻塞SIGINT信号sigset_t mask;sigemptyset(&mask);sigaddset(&mask, SIGINT);pthread_sigmask(SIG_BLOCK, &mask, NULL);// 线程主循环while (1) {// ...}pthread_exit(NULL);
}int main() {pthread_t thread_id;pthread_create(&thread_id, NULL, worker_thread, NULL);// 在主线程中处理SIGINT信号struct sigaction sa;sa.sa_handler = signal_handler;sigemptyset(&sa.sa_mask);sa.sa_flags = 0;sigaction(SIGINT, &sa, NULL);while (1) {// 主线程主循环}return 0;
}

4.5 信号与定时器

除了处理外部信号外，还可以使用信号来实现定时器功能。POSIX提供了alarm()和setitimer()函数来创建基于信号的定时器。

使用alarm()函数
void timer_handler(int signum) {printf("Timer expired\n");// 重新设置定时器alarm(5); // 再次设置5秒定时器
}int main() {signal(SIGALRM, timer_handler); // 设置SIGALRM信号处理函数alarm(5); // 设置5秒定时器while (1) {// 程序主循环}return 0;
}
使用setitimer()函数
void timer_handler(int signum) {printf("Timer expired\n");// 重新设置定时器struct itimerval timer;timer.it_value.tv_sec = 5; // 5 secondstimer.it_value.tv_usec = 0;timer.it_interval.tv_sec = 5; // repeat every 5 secondstimer.it_interval.tv_usec = 0;setitimer(ITIMER_REAL, &timer, NULL);
}int main() {struct sigaction sa;sa.sa_handler = timer_handler;sigemptyset(&sa.sa_mask);sa.sa_flags = 0;sigaction(SIGALRM, &sa, NULL);struct itimerval timer;timer.it_value.tv_sec = 5; // 5 secondstimer.it_value.tv_usec = 0;timer.it_interval.tv_sec = 5; // repeat every 5 secondstimer.it_interval.tv_usec = 0;setitimer(ITIMER_REAL, &timer, NULL);while (1) {// 程序主循环}return 0;
}

4.6 信号与进程间通信

信号不仅可以用于进程内部的控制，还可以用于进程间的通信。例如，父进程可以使用信号来通知子进程某些事件的发生。

void *child_thread(void *arg) {// 等待SIGUSR1信号struct sigaction sa;sa.sa_handler = SIG_IGN; // 忽略SIGUSR1信号sigemptyset(&sa.sa_mask);sa.sa_flags = 0;sigaction(SIGUSR1, &sa, NULL);pause(); // 等待信号// 收到信号后执行任务pthread_exit(NULL);
}int main() {pthread_t thread_id;pthread_create(&thread_id, NULL, child_thread, NULL);// 在主线程中发送SIGUSR1信号kill(getpid(), SIGUSR1);while (1) {// 主线程主循环}return 0;
}

4.7 信号与进程控制

信号可以用于控制进程的生命周期，例如终止进程、挂起进程或恢复进程。

void signal_handler(int signum) {switch (signum) {case SIGINT:printf("Caught SIGINT, exiting...\n");exit(EXIT_SUCCESS);break;case SIGTSTP:printf("Caught SIGTSTP, suspending...\n");raise(SIGSTOP); // 挂起进程break;case SIGCONT:printf("Caught SIGCONT, continuing...\n");break;default:printf("Caught unknown signal %d\n", signum);break;}
}int main() {struct sigaction sa;sa.sa_handler = signal_handler;sigemptyset(&sa.sa_mask);sa.sa_flags = 0;sigaction(SIGINT, &sa, NULL);sigaction(SIGTSTP, &sa, NULL);sigaction(SIGCONT, &sa, NULL);while (1) {// 程序主循环}return 0;
}

4.8 信号与调试

信号可以用于调试程序，例如设置断点、查看堆栈跟踪等。

void signal_handler(int signum) {switch (signum) {case SIGSEGV:printf("Caught SIGSEGV, dumping stack trace...\n");// 调用gdb的堆栈跟踪函数// gdb_backtrace();break;default:printf("Caught unknown signal %d\n", signum);break;}
}int main() {struct sigaction sa;sa.sa_handler = signal_handler;sigemptyset(&sa.sa_mask);sa.sa_flags = 0;sigaction(SIGSEGV, &sa, NULL);while (1) {// 程序主循环}return 0;
}

5. 结论

本文介绍了使用C语言进行信号处理的基础知识，并探讨了一些高级主题。信号处理是一个复杂但非常有用的领域，掌握这些技能对于编写健壮和响应迅速的程序至关重要。通过上述例子，你已经了解了如何处理常见的信号，并且能够处理一些复杂的场景，如多线程环境下的信号同步。

这篇关于C语言信号编程深入研究的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/1123846。

相关文章

Go语言中nil判断的注意事项(最新推荐)

Go语言中nil判断的注意事项(最新推荐)

《Go语言中nil判断的注意事项(最新推荐)》本文给大家介绍Go语言中nil判断的注意事项,本文给大家介绍的非常详细,对大家的学习或工作具有一定的参考借鉴价值,需要的朋友参考下吧... 目录1.接口变量的特殊行为2.nil的合法类型3.nil值的实用行为4.自定义类型与nil5.反射判断nil6.函数返回的
阅读更多...
Go语言数据库编程GORM 的基本使用详解

Go语言数据库编程GORM 的基本使用详解

《Go语言数据库编程GORM的基本使用详解》GORM是Go语言流行的ORM框架,封装database/sql,支持自动迁移、关联、事务等,提供CRUD、条件查询、钩子函数、日志等功能,简化数据库操作... 目录一、安装与初始化1. 安装 GORM 及数据库驱动2. 建立数据库连接二、定义模型结构体三、自动迁
阅读更多...
Go语言代码格式化的技巧分享

Go语言代码格式化的技巧分享

《Go语言代码格式化的技巧分享》在Go语言的开发过程中,代码格式化是一个看似细微却至关重要的环节,良好的代码格式化不仅能提升代码的可读性,还能促进团队协作,减少因代码风格差异引发的问题,Go在代码格式... 目录一、Go 语言代码格式化的重要性二、Go 语言代码格式化工具：gofmt 与 go fmt（一）
阅读更多...
全屋WiFi 7无死角! 华硕 RP-BE58无线信号放大器体验测评

全屋WiFi 7无死角! 华硕 RP-BE58无线信号放大器体验测评

《全屋WiFi7无死角!华硕RP-BE58无线信号放大器体验测评》家里网络总是有很多死角没有网，我决定入手一台支持Mesh组网的WiFi7路由系统以彻底解决网络覆盖问题，最终选择了一款功能非常... 自2023年WiFi 7技术标准（IEEE 802.11be）正式落地以来，这项第七代无线网络技术就以超高速
阅读更多...
Go语言中泄漏缓冲区的问题解决

Go语言中泄漏缓冲区的问题解决

《Go语言中泄漏缓冲区的问题解决》缓冲区是一种常见的数据结构,常被用于在不同的并发单元之间传递数据,然而,若缓冲区使用不当,就可能引发泄漏缓冲区问题,本文就来介绍一下问题的解决,感兴趣的可以了解一下... 目录引言泄漏缓冲区的基本概念代码示例：泄漏缓冲区的产生项目场景：Web 服务器中的请求缓冲场景描述代码
阅读更多...
Go语言如何判断两张图片的相似度

Go语言如何判断两张图片的相似度

《Go语言如何判断两张图片的相似度》这篇文章主要为大家详细介绍了Go语言如何中实现判断两张图片的相似度的两种方法,文中的示例代码讲解详细,感兴趣的小伙伴可以跟随小编一起学习一下... 在介绍技术细节前，我们先来看看图片对比在哪些场景下可以用得到：图片去重：自动删除重复图片，为存储空间"瘦身"。想象你是一个
阅读更多...
Go语言中Recover机制的使用

Go语言中Recover机制的使用

《Go语言中Recover机制的使用》Go语言的recover机制通过defer函数捕获panic,实现异常恢复与程序稳定性,具有一定的参考价值,感兴趣的可以了解一下... 目录引言Recover 的基本概念基本代码示例简单的 Recover 示例嵌套函数中的 Recover项目场景中的应用Web 服务器中
阅读更多...
Go语言中使用JWT进行身份验证的几种方式

Go语言中使用JWT进行身份验证的几种方式

《Go语言中使用JWT进行身份验证的几种方式》本文主要介绍了Go语言中使用JWT进行身份验证的几种方式,包括dgrijalva/jwt-go、golang-jwt/jwt、lestrrat-go/jw... 目录简介1. github.com/dgrijalva/jwt-go安装：使用示例：解释：2. gi
阅读更多...
Go 语言中的 Struct Tag 的用法详解

Go 语言中的 Struct Tag 的用法详解

《Go语言中的StructTag的用法详解》在Go语言中,结构体字段标签（StructTag）是一种用于给字段添加元信息（metadata）的机制,常用于序列化（如JSON、XML）、ORM映... 目录一、结构体标签的基本语法二、json:"token"的具体含义三、常见的标签格式变体四、使用示例五、使用
阅读更多...
Go语言使用slices包轻松实现排序功能

Go语言使用slices包轻松实现排序功能

《Go语言使用slices包轻松实现排序功能》在Go语言开发中,对数据进行排序是常见的需求,Go1.18版本引入的slices包提供了简洁高效的排序解决方案,支持内置类型和用户自定义类型的排序操作,本... 目录一、内置类型排序：字符串与整数的应用1. 字符串切片排序2. 整数切片排序二、检查切片排序状态：
阅读更多...

Copyright China编程 23002807@qq.com

沪ICP备2023033072号-2