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深入理解“进程屏蔽字“（Signal Mask）

news 2025/8/8 12:44:03

深入理解"进程屏蔽字"（Signal Mask）

进程屏蔽字是 Linux 信号处理机制中的核心概念，理解它对掌握信号处理至关重要。下面从多个维度全面解析：

一、本质定义

进程屏蔽字（Signal Mask）：

是内核为每个进程维护的一个信号集（sigset_t 类型）
表示当前被阻塞（blocked）的信号集合
本质是一个位掩码，每个 bit 对应一个信号：
- 1 = 该信号被阻塞
- 0 = 该信号未被阻塞

二、核心功能图解

在这里插入图片描述

三、屏蔽字的作用机制

1. 信号生命周期中的角色

2. 关键特性：

进程级别属性：每个进程有独立的屏蔽字
动态修改：可通过 sigprocmask() 随时修改
继承机制：子进程继承父进程的屏蔽字
自动管理：信号处理期间自动添加当前信号到屏蔽字

四、技术实现解析

1. 内核中的数据结构

// 内核进程描述符（简化版）
struct task_struct {// ...sigset_t blocked;     // 信号屏蔽字struct sigpending pending; // 挂起信号队列// ...
};// 挂起信号结构
struct sigpending {struct list_head list;  // 挂起信号链表sigset_t signal;       // 挂起信号位图
};

2. 屏蔽字操作流程

当信号发生时：

内核检查信号是否在 blocked 集合中
若被阻塞：
- 将信号添加到 pending 队列
- 设置 pending.signal 对应位
若未被阻塞：
- 立即调用进程的信号处理函数

五、实际应用场景

场景1：保护临界区代码

void update_global_data() {sigset_t new_mask, old_mask;// 阻塞所有信号sigfillset(&new_mask);sigprocmask(SIG_SETMASK, &new_mask, &old_mask);/* 临界区开始 */global_counter++;  // 不会被信号中断modify_shared_data();/* 临界区结束 */// 恢复原始屏蔽字sigprocmask(SIG_SETMASK, &old_mask, NULL);
}

场景2：精确控制信号接收

// 只允许接收 SIGUSR1
sigset_t mask, orig_mask;
sigemptyset(&mask);
sigaddset(&mask, SIGUSR1);  // 只关注 SIGUSR1// 阻塞所有其他信号
sigprocmask(SIG_BLOCK, &mask, &orig_mask);// 等待指定信号
sigsuspend(&mask);// 处理 SIGUSR1
printf("Received SIGUSR1\n");// 恢复原始屏蔽
sigprocmask(SIG_SETMASK, &orig_mask, NULL);

六、屏蔽字与相关概念的关系

概念	与屏蔽字的关系	区别
挂起信号集	记录被屏蔽字阻塞的信号	屏蔽字决定哪些信号被阻塞，挂起集记录实际发生的信号
信号处理函数	执行时使用屏蔽字控制中断	屏蔽字影响信号递送，处理函数响应递送的信号
实时信号	共享同一屏蔽字机制	实时信号可排队，不会被屏蔽字丢弃
线程屏蔽字	每个线程有独立副本	进程屏蔽字是所有线程的默认值

七、重要特性详解

不可屏蔽的信号：

// 即使尝试屏蔽也会被内核忽略
sigset_t mask;
sigfillset(&mask);
sigprocmask(SIG_SETMASK, &mask, NULL);// 以下信号仍能终止进程
kill(getpid(), SIGKILL); // 始终有效
kill(getpid(), SIGSTOP); // 始终有效

屏蔽字与信号处理函数的交互：

void handler(int sig) {// 执行期间自动阻塞当前信号（除非设置 SA_NODEFER）// 同时阻塞 sa_mask 中指定的信号
}int main() {struct sigaction sa;sa.sa_handler = handler;sigemptyset(&sa.sa_mask);sigaddset(&sa.sa_mask, SIGQUIT); // 额外屏蔽 SIGQUITsigaction(SIGINT, &sa, NULL);
}

屏蔽字继承规则：

if (fork() == 0) { // 子进程// 继承父进程的屏蔽字sigset_t current_mask;sigprocmask(0, NULL, &current_mask); // 获取当前屏蔽字// ...
}

八、调试与查看屏蔽字

1. 获取当前屏蔽字：

sigset_t current_mask;
sigprocmask(SIG_BLOCK, NULL, &current_mask); // 获取当前屏蔽字// 打印被阻塞的信号
for (int sig = 1; sig < NSIG; sig++) {if (sigismember(&current_mask, sig)) {printf("Signal %d (%s) is blocked\n", sig, strsignal(sig));}
}

2. 查看挂起信号：

sigset_t pending_set;
sigpending(&pending_set); // 获取挂起信号集if (sigismember(&pending_set, SIGINT)) {printf("SIGINT is pending\n");
}

九、最佳实践与陷阱

该做的：

// 1. 总是先初始化信号集
sigset_t new_mask;
sigemptyset(&new_mask); // 或 sigfillset()// 2. 使用原子操作等待信号
sigsuspend(&mask); // 而非 sigprocmask() + pause()// 3. 在多线程中使用 pthread_sigmask
pthread_sigmask(SIG_BLOCK, &new_mask, &old_mask);

不该做的：

// 1. 未初始化直接使用
sigset_t mask;
sigprocmask(SIG_SETMASK, &mask, NULL); // 未定义行为！// 2. 在信号处理函数中修改屏蔽字
void handler(int sig) {sigset_t mask;sigemptyset(&mask);// 危险！可能导致死锁sigprocmask(SIG_SETMASK, &mask, NULL);
}// 3. 忽略错误检查
if (sigprocmask(SIG_SETMASK, &new_mask, NULL) == -1) {perror("sigprocmask failed");
}

十、性能影响分析

操作	时间开销	说明
修改屏蔽字	~100ns	内核中修改位掩码
信号递送检查	~50ns	每次信号产生时
挂起信号管理	~200ns	添加到挂起队列
解除屏蔽后递送	~1μs	触发信号处理