Linux信号的保存

Linux系统中信号的保存涉及内核为每个进程维护的数据结构，确保信号在产生后、处理前被正确记录和管理。以下是详细的解释：

1. 信号的基本概念

• 信号（Signal）：用于通知进程发生了特定事件的异步通知机制，如SIGINT（Ctrl+C终止进程）、SIGTERM（终止请求）等。
• 信号处理方式：进程可为每个信号指定处理方式——默认（如终止）、忽略或自定义处理函数。

2. 信号的保存结构

• 待处理信号集（Pending Signals）：记录已产生但尚未递送给进程的信号。由内核通过以下结构管理：
  • 标准信号（1-31）：使用位掩码（每个信号对应一个位）记录是否发生。多次触发同一信号时，仅记录一次（不排队）。
  • 实时信号（34-64）：使用队列保存，确保多次触发时每个信号实例均被记录。
• 阻塞信号集（Blocked Signals）：通过信号掩码（Signal Mask）标记被阻塞的信号。阻塞的信号会停留在待处理集中，直到解除阻塞。

3. 关键数据结构

• 进程描述符（task_struct）：内核为每个进程维护的结构，包含：
  • struct sigpending pending：待处理信号集合。
    • sigset_t signal：标准信号的位掩码。
    • struct list_head list：实时信号的队列。
  • sigset_t blocked：阻塞信号掩码。
  • struct sigaction sigaction[NSIG]：信号处理函数表。

4. 信号递送流程

1. 信号产生：通过kill()、终端输入或硬件异常等方式触发。
2. 内核检查阻塞状态：
   - 若信号未被阻塞，立即递送（调用处理函数或执行默认操作）。
   - 若被阻塞，信号被添加到pending集合（标准信号置位，实时信号入队）。
3. 解除阻塞时处理：
   - 当进程调用sigprocmask()解除阻塞或从系统调用返回时，内核检查pending集合，递送未阻塞的信号。
4. 处理顺序：
   - 标准信号：按信号编号从小到大处理。
   - 实时信号：按发送顺序处理（队列先进先出）。

5. 信号处理期间的阻塞

• 默认情况下，进程执行信号处理函数时，自动阻塞当前信号，防止递归调用。
• 可通过sigaction()的sa_mask字段指定额外阻塞的信号，确保处理函数原子性。

6. 示例场景

• 场景1：进程阻塞SIGINT（Ctrl+C）：
  • 用户多次按下Ctrl+C，SIGINT被标记在pending中（仅一次）。
  • 解除阻塞后，进程处理一次SIGINT。
• 场景2：发送实时信号SIGRTMIN多次：
  • 每次发送均入队，解除阻塞后按顺序处理所有实例。

7. 注意事项

• 信号丢失：标准信号不排队，频繁触发可能导致丢失。
• 可重入性：信号处理函数应使用异步安全函数（如write()），避免死锁或数据损坏。
• 系统调用中断：信号可能中断阻塞的系统调用（如read()），需检查EINTR错误并重试。

总结

Linux通过pending集合和blocked掩码管理信号保存，标准信号与实时信号分别采用位图和队列实现不同语义。理解这些机制有助于编写健壮的信号处理代码，避免竞态条件和信号丢失。