《从内核到应用：Linux 信号的保存逻辑与捕捉过程》
前引：Linux 信号是进程间通信的核心机制，更是保障程序稳定性的关键 —— 当进程收到中断、终止等信号时，如何正确保存信号状态、避免丢失，又如何按预期执行处理逻辑，直接决定了程序的可靠性。本文将从内核底层逻辑出发，拆解信号保存的核心机制，结合实际代码案例，带你掌握 Linux 信号处理的完整流程与实操技巧！
目录
【一】信号的保存
在上篇我们已经学习了什么是信号、信号的产生，信号从产生到被处理不是立刻被执行的：
下面我们先来认识几个概念：
信号递达：实际处理信号的动作
信号末决：从产生到处理（递达）之间的过程
信号阻塞：进程可以选择阻塞某个信号，阻塞的信号会保持在末决状态（产生但是不执行），只 有解决对该信号的阻塞，才会执行递达
信号忽略：区分“信号阻塞”（产生但是不执行），“忽略”属于执行处理动作的一种(选择忽略处理)
（1）信号在内核的保存
在内核中，信号其实通过三个指针被保存在task_struct中的：这涉及到三张表，我们逐一来看：
block：信号的标志位，对应状态信号阻塞状态（是否正常执行）：0表示非阻塞，1表示阻塞
pending：信号的标志位，对应信号的接收：比如接收了2号信号（00000000.....00000010）
handler：信号的处理方式（默认处理、忽略处理、自定义处理），替换指针即替换了执行方法
当一个信号产生到执行，会根据三张表的查询来解决：pending—>block—>handler
（2）信号集
每个信号都有末决标志：非0即1，包括其中的阻塞状态也是0和1，对应该信号“有效”or“无效”
因此该状态的存储类型都可以表示为：sigset_t类型
sigset_t：称为信号集，用来表示信号的一种状态，比如：
阻塞信号集：表示阻塞或者非阻塞状态；末决信号集：末决状态或者非末决状态
（3）信号集操作
我们可以操作下面的接口来实现控制 sigset_t 类型的变量，从而改变信号末决（过程）：
#include <signal.h>（1）sigemptyset（）
原型：
int sigemptyset(sigset_t *set);参数：指向 sigset_t 类型的指针（参数名自己设置）
返回值：成功返回 0；失败返回 -1，并设置 errno
作用：代表要初始化的信号集
例如：
（2）sigfillset（）
原型：
int sigfillset(sigset_t *set);参数：指向 sigset_t 类型的指针
返回值：成功返回 0；失败返回 -1，并设置 errno
作用：将信号集 set 初始化为全包含集合（可包含所有信号）
例如：
（3）sigaddset（）
原型：
int sigaddset(sigset_t *set, int signo);参数：
set：指向sigset_t类型的指针，代表要操作的信号集signo：要添加的信号编号
返回值：成功返回 0；失败返回 -1，并设置 errno
作用：将信号添加到信号集
例如：
（4）sigdelset（）
原型：
int sigdelset(sigset_t *set, int signo);参数：
set：指向sigset_t类型的指针signo：要删除的信号编号
返回值：成功返回 0；失败返回 -1，并设置 errno
作用：从信号集 set 中删除指定信号
（5）sigismember（）
原型：
int sigismember(const sigset_t *set, int signo);参数：
set：指向const sigset_t类型的指针signo：要检查的信号编号
返回值：
- 若信号
signo在集合set中，返回1 - 若不在集合中，返回
0 - 失败返回
-1，并设置errno（如signo无效或set指针为空）
作用：检查指定信号 signo 是否为信号集 set 的成员
（6）sigprocmask（）
原型：
int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset);参数：
第一个参数：SIG_BLOCK：将 set 中的信号添加到当前屏蔽集
SIG_UNBLOCK：将set中的信号从当前屏蔽集移除
SIG_SETMASK：将当前屏蔽集直接设置为set的值
第二个参数：指向 sigset_t 类型的指针。若为 NULL，则 how 的操作被忽略，仅用于 “获取旧屏蔽 集”
第三个参数：指向 sigset_t 类型的指针，用于保存 “修改前的旧屏蔽集”。若为 NULL，则不保存旧 屏蔽集
返回值：
- 成功：返回
0。 - 失败：返回
-1，并设置errno
作用：sigprocmask 直接修改进程 task_struct 中的 block 集合，从而控制信号的 “阻塞状态”
例如：
函数使用总结：
这些函数看起来很杂乱，但是它们的功能其实都是在执行一件事：改变当前进程的 block 信号集
（1）（2）（3）（4）（5）：你自己创建一个信号集，将你想统一操作的信号放在信号集
（6）：根据选项选择统一屏蔽/解决屏蔽信号集里面的信号
它的第三个参数：用来一键恢复修改之前的信号集，目前简单场景用不到~
【二】二谈进程地址空间
如果有50个完全不同进程，那么可能有50个页表，对应50个该进程在内存的分布空间，而我们可以看到上面有1G的内核空间，那对应50个内核代码和数据吗？内核空间也有自己的内核级页表
答案：内核的代码和数据只有一份，被50个进程重复使用，因为里面是系统调用的相关的方法
我们看下面的进程地址空间与、页表、内存的大概联系图：
操作系统来做软硬件的管理者，那么操作系统本身也是软件资源，谁让它一直跑的？
时钟中断是由硬件定时器（如 CPU 的时钟芯片）周期性触发的中断信号，类似操作系统的心脏
操作系统内核会不断执行 “等待时钟中断 → 处理中断 → 回到等待” 的循环~
【三】内核|用户态的切换
在这里需要两个概念储备：然后我们直接看表：
用户态：允许你访问用户的代码和数据
内核态：允许你访问操作系统的代码和数据
状态的切换是需要每次更改CPU中ecs寄存器的标志位：00（用户态）-><-11（内核态）
（1）用户执行系统调用，就进入了内核态->（2）
（2）完成系统调用之后准备返回用户态，此时发送信号检测，如果进程中有信号，且信号的block标志位对应1，说明该信号不用管，直接进入（3）；否则执行该信号：默认执行方法就执行完返回用户态直接进入（3）；自定义信号执行方法需要返回用户态执行用户指定的方法，然后进入内核态，再返回用户态直接进入（3）
（3）开始下一轮系统调用
因此：信号不是立刻被执行的，有一个检测的过程
【四】信号的捕捉过程
（1）sigaction（）
我们来看一个函数：（signal()+sigprocmask()==sigaction()【狗头】）
#include <signal.h> int sigaction(int signo, const struct sigaction *act, struct sigaction *oact);参数：
第一个参数：要操作的信号编号
第二个参数：指向 struct sigaction 结构体的指针，用于设置新的信号处理规则（如果为 NULL，则只获取当前规则，不修改）
第三个参数：指向 struct sigaction 结构体的指针，用于保存旧的信号处理规则（如果为 NULL，则不保存）
struct sigaction：
struct sigaction { void (*sa_handler)(int); // 简单信号处理函数（参数为信号编号） void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *); // 高级处理函数（带更多信息） sigset_t sa_mask; // 处理信号时需要阻塞的信号集 int sa_flags; // 控制信号处理行为的标志 void (*sa_restorer)(void); // 已废弃（无需关注） };返回值：成功返回0；失败返回-1，设置errno
作用：为指定的信号（比如 SIGINT 中断信号、SIGTERM 终止信号）设置新的处理规则，或获取当 前已有的处理规则
使用说明：一般对于刚创建的结构体可以使用 memset（）接口来置空成员
#include <string.h> void *memset(void *s, int c, size_t n); 参数说明： s：指向要操作的内存区域的指针（对于结构体，就是结构体变量的地址，用 & 取地址） c：要设置的值（通常传 0，表示清零） n：要设置的内存字节数（对于结构体，就是 sizeof(结构体变量) 或 sizeof(结构体类型)）（2）信号自动屏蔽
说明：当一个信号正在执行执行方法时，系统会自动将该信号屏蔽，避免多次出现该信号，在执 行方法完成时，再解除对该信号的自动屏蔽。如果你想在执行某个信号方法时，额外屏蔽 其它信号，可以使用 sa_flags 标志位（这是sigaction（）的成员，一般带选项设值）
（3）如何获取pending集
参数：指向一个sigset_t变量，函数成功时自动将当前未决的信号集填充到set中
未决信号的特点：已被发送（如通过kill()或系统事件产生）。处于阻塞状态（在 block 信号集中），因此未被处理。一旦信号从 block 集中移除（解除阻塞），会立即被处理
参数：set：指向要检查的信号集（sigset_t类型）signum：要检查的信号编号（按对应标志位检查）
返回值：若信号signum在set中：返回1若信号signum不在set中：返回0失败（如signum无效）：返回-1，并设置errno=EINVAL
【五】可重入函数
简单理解：一个工程没有执行完立刻执行另外一个工程，此时容易发生事故。例如：
如果⼀个函数符合以下条件之⼀则是不可重⼊的：
（1）调⽤了malloc或free,因为malloc也是⽤全局链表来管理堆的
（2）调⽤了标准I/O库函数。标准I/O库的很多实现都以不可重⼊的⽅式使⽤全局数据结构
【六】volatile关键字
我们看下面的代码：flag为全局变量；如果出现2号信号会执行自定义方法；执行while的条件是真
#include <stdio.h> #include <signal.h> int flag = 0; void handler(int sig) { printf("chage flag 0 to 1\n"); flag = 1; } int main() { signal(2, handler); while(!flag); printf("process quit normal\n"); return 0; } 代码情况：当出现2号信号flag=1，而main里面循环的条件是为真（即一直循环），但是当你按下Ctrl+C，循环也一直就行不退出，按理说：flag会被设为1，不进入循环
理解：内存读写比寄存器慢得多，编译器会尽量把变量 “缓存” 到寄存器中。编译器会分析 “谁会修改flag”。在main函数内部，没有任何代码修改flag；而编译器默认不会跨函数分析 “其他函数是否修改了全局变量”，因此就需要volatile去修饰变量，告诉编译器该变量需要从内存读取
解释：编译器为了提高程序性能，会对代码进行优化（比如将变量缓存到寄存器，减少内存访问次数）。但如果变量的值可能被程序外部的因素修改（如多线程、硬件、信号等），这种优化就会导致程序逻辑错误。volatile 就像给变量贴了个 “警示牌”：每次用它都得去内存里查最新值
【七】子进程的“遗嘱”信号
如下直接出结论：
子进程在退出的时候会给父进程发生17号信号
而waitpid是可以在信号执行函数中回收子进程的
如果你想要子进程在退出的时候不捕获信号：signal (SIGCHLD, SIG_IGN)：
那么内核会在子进程终止后直接清理其进程控制块（PCB），无需父进程调用wait/waitpid
如果你想让子进程变成僵尸进程：不捕获也不忽略：signal(SIGCHLD, SIG_DFL)
那么内核会在子进程终止后不会清理其进程控制块（PCB）