掌握Linux信号集操作技巧

在 Linux 系统编程中，信号集（signal set） 是一组信号的集合，用于管理进程对信号的响应。信号集操作函数（如 sigemptyset、sigfillset、sigaddset 等）允许程序员初始化、填充、添加、删除和检查信号集，从而实现对信号的精细控制。

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目录

一、信号集数据类型 sigset_t

使用规则：

二、信号集操作函数

1. sigemptyset - 清空信号集

示例代码：

2. sigfillset - 填充信号集

示例代码：

3. sigaddset - 向信号集中添加信号

示例代码：

4. sigdelset - 从信号集中删除信号

示例代码：

5. sigismember - 检查信号是否在信号集中

示例代码：

三、信号集与 sigprocmask 的结合使用

sigprocmask 函数原型：

示例代码：阻塞和解除阻塞信号

四、总结知识点图解（知识树状图）

五、课后练习建议

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一、信号集数据类型 sigset_t

sigset_t 是 Linux 中用于表示信号集的数据类型。它本质上是一个位掩码（bitmask），每个位对应一个信号。例如，第 2 位对应 SIGINT（信号编号 2），第 9 位对应 SIGKILL（信号编号 9）。

使用规则：

1. 必须初始化：在使用 sigset_t 之前，必须调用 sigemptyset 或 sigfillset 初始化。
2. 避免直接操作：不能直接对 sigset_t 进行位操作，必须通过标准函数操作。

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二、信号集操作函数

1. sigemptyset - 清空信号集

#include <signal.h>
int sigemptyset(sigset_t *set);

• 功能：将信号集 set 初始化为空集（所有位清零）。
• 返回值：成功返回 0，失败返回 -1（通常不会失败）。

示例代码：

#include <signal.h>
#include <stdio.h>int main() {sigset_t set;if (sigemptyset(&set) == -1) {perror("sigemptyset");return 1;}printf("Signal set is empty.\n");return 0;
}

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2. sigfillset - 填充信号集

#include <signal.h>
int sigfillset(sigset_t *set);

• 功能：将信号集 set 初始化为包含所有信号（所有位置 1）。
• 返回值：成功返回 0，失败返回 -1。

示例代码：

#include <signal.h>
#include <stdio.h>int main() {sigset_t set;if (sigfillset(&set) == -1) {perror("sigfillset");return 1;}printf("All signals are added to the set.\n");return 0;
}

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3. sigaddset - 向信号集中添加信号

#include <signal.h>
int sigaddset(sigset_t *set, int signum);

• 功能：将信号 signum 添加到信号集 set 中。
• 返回值：成功返回 0，失败返回 -1（如信号编号无效）。

示例代码：

#include <signal.h>
#include <stdio.h>int main() {sigset_t set;if (sigemptyset(&set) == -1) {perror("sigemptyset");return 1;}if (sigaddset(&set, SIGINT) == -1) {perror("sigaddset");return 1;}printf("SIGINT added to the signal set.\n");return 0;
}

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4. sigdelset - 从信号集中删除信号

#include <signal.h>
int sigdelset(sigset_t *set, int signum);

• 功能：将信号 signum 从信号集 set 中删除。
• 返回值：成功返回 0，失败返回 -1（如信号编号无效）。

示例代码：

#include <signal.h>
#include <stdio.h>int main() {sigset_t set;if (sigfillset(&set) == -1) {perror("sigfillset");return 1;}if (sigdelset(&set, SIGINT) == -1) {perror("sigdelset");return 1;}printf("SIGINT removed from the signal set.\n");return 0;
}

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5. sigismember - 检查信号是否在信号集中

#include <signal.h>
int sigismember(const sigset_t *set, int signum);

• 功能：检查信号 signum 是否在信号集 set 中。
• 返回值：
  • 1：信号在集合中
  • 0：信号不在集合中
  • -1：失败（如集合未初始化）

示例代码：

#include <signal.h>
#include <stdio.h>int main() {sigset_t set;if (sigemptyset(&set) == -1) {perror("sigemptyset");return 1;}if (sigaddset(&set, SIGINT) == -1) {perror("sigaddset");return 1;}if (sigismember(&set, SIGINT)) {printf("SIGINT is in the set.\n");} else {printf("SIGINT is not in the set.\n");}return 0;
}

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三、信号集与 sigprocmask 的结合使用

信号集的一个核心用途是通过 sigprocmask 函数修改进程的信号屏蔽字（blocked signal mask），从而控制哪些信号被阻塞或允许传递。

sigprocmask 函数原型：

#include <signal.h>
int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset);

• how：操作方式
  • SIG_BLOCK：将 set 中的信号添加到当前屏蔽字
  • SIG_UNBLOCK：从当前屏蔽字中移除 set 中的信号
  • SIG_SETMASK：将当前屏蔽字设置为 set
• set：输入的信号集
• oldset：保存旧的信号屏蔽字

示例代码：阻塞和解除阻塞信号

#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>void handle_sigint(int signo) {printf("Caught SIGINT\n");
}int main() {struct sigaction sa;sigset_t new_mask, old_mask;// 设置 SIGINT 处理函数sa.sa_handler = handle_sigint;sigemptyset(&sa.sa_mask);sa.sa_flags = 0;if (sigaction(SIGINT, &sa, NULL) == -1) {perror("sigaction");return 1;}// 阻塞 SIGINTsigemptyset(&new_mask);sigaddset(&new_mask, SIGINT);if (sigprocmask(SIG_BLOCK, &new_mask, &old_mask) == -1) {perror("sigprocmask");return 1;}printf("SIGINT is blocked. Press Ctrl+C...\n");sleep(5);  // 在这期间按 Ctrl+C 不会触发处理函数// 解除阻塞if (sigprocmask(SIG_SETMASK, &old_mask, NULL) == -1) {perror("sigprocmask");return 1;}printf("SIGINT is unblocked. Press Ctrl+C again...\n");pause();  // 现在按 Ctrl+C 会触发处理函数return 0;
}

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四、总结知识点图解（知识树状图）

信号集操作（sigemptyset, sigfillset, sigaddset等）
│
├── sigset_t 类型
│   ├── 位掩码表示信号集合
│   └── 必须初始化后才能使用
│
├── sigemptyset()
│   ├── 功能：清空信号集
│   └── 示例：初始化空集
│
├── sigfillset()
│   ├── 功能：填充所有信号
│   └── 示例：包含所有信号
│
├── sigaddset()
│   ├── 功能：添加指定信号
│   └── 示例：添加 SIGINT
│
├── sigdelset()
│   ├── 功能：删除指定信号
│   └── 示例：删除 SIGINT
│
├── sigismember()
│   ├── 功能：检查信号是否在集合中
│   └── 示例：判断 SIGINT 是否存在
│
└── sigprocmask()├── 功能：修改进程的信号屏蔽字├── how 参数：SIG_BLOCK/SIG_UNBLOCK/SIG_SETMASK└── 示例：阻塞和解除阻塞信号

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五、课后练习建议

1. 编写程序验证信号集操作函数的行为

   • 使用 sigismember 检查不同信号是否在集合理论。
   • 尝试添加和删除多个信号，观察结果。

2. 实现信号屏蔽与解除屏蔽

   • 使用 sigprocmask 阻塞 SIGINT 和 SIGTERM，然后解除阻塞。
   • 在解除阻塞后测试信号是否能被正常捕获。

3. 结合 sigaction 和信号集实现复杂逻辑

   • 在信号处理函数中临时阻塞其他信号，避免竞态条件。

4. 探索错误处理

   • 在信号集操作失败时（如无效信号编号），使用 perror 或 strerror(errno) 分析原因。

5. 多线程环境下的信号集操作

   • 使用 pthread_sigmask 替代 sigprocmask，了解线程级的信号屏蔽。

gcc your_signal_set_program.c -o your_signal_set_program
./your_signal_set_program
kill -<signal_number> <PID>