Linux sigaction函数详解：信号处理的强大工具
Linux sigaction函数详解：信号处理的强大工具
引言
sigaction函数概述
struct sigaction结构体
关键成员解析
sigaction的核心优势
使用示例
基本用法
高级用法（使用SA_SIGINFO）
信号处理的最佳实践
常见问题与解决方案
1. 系统调用被信号中断
2. 信号处理函数中调用不可重入函数
3. 信号丢失
与signal()函数的比较
结论
引言
在Linux系统编程中，信号处理是一个非常重要的主题。信号是进程间通信的一种基本方式，用于通知进程发生了某种事件。传统的signal()函数虽然简单易用，但在功能性和可移植性方面存在诸多限制。而sigaction()函数提供了更强大、更灵活的信号处理机制，是现代Linux程序设计中处理信号的首选方式。
sigaction函数概述
sigaction()函数允许我们检查或指定与特定信号相关联的处理动作，其函数原型如下：
#include <signal.h>
int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);
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参数说明：
signum：要操作的信号编号（如SIGINT、SIGTERM等）
act：指向新的信号处理动作的指针
oldact：用于保存之前的信号处理动作（可为NULL）
返回值：
成功时返回0，失败时返回-1并设置errno
struct sigaction结构体
sigaction结构体定义了信号处理的各种属性：
struct sigaction {
void (*sa_handler)(int); // 信号处理函数
void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *); // 带有额外信息的处理函数
sigset_t sa_mask; // 阻塞信号集
int sa_flags; // 标志位
void (*sa_restorer)(void); // 已废弃
};
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关键成员解析
sa_handler：传统的信号处理函数指针，与signal()函数使用的处理函数类型相同。
sa_sigaction：更高级的信号处理函数指针，可以接收额外的信号信息。当sa_flags包含SA_SIGINFO标志时使用此处理函数。
sa_mask：在执行信号处理函数期间，需要阻塞的信号集。这可以防止信号处理函数被其他信号中断。
sa_flags：控制信号行为的各种标志，常见的有：
SA_RESTART：被信号中断的系统调用自动重启
SA_SIGINFO：使用sa_sigaction而非sa_handler作为处理函数
SA_NOCLDSTOP：对于SIGCHLD信号，不接收子进程停止的通知
SA_NODEFER：不阻塞当前信号（不自动将当前信号加入信号掩码）
sigaction的核心优势
相比传统的signal()函数，sigaction()具有以下显著优势：
更可靠的信号处理：提供了对信号处理过程的更精细控制
信号屏蔽：可以指定在处理当前信号时阻塞哪些其他信号
附加信息：通过SA_SIGINFO标志可以获取关于信号的更多上下文信息
可移植性：在不同UNIX系统上行为一致
系统调用重启：通过SA_RESTART标志可以自动重启被中断的系统调用
使用示例
基本用法
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
void handler(int sig) {
printf("Received signal %d\n", sig);
}
int main() {
struct sigaction sa;
sa.sa_handler = handler;
sigemptyset(&sa.sa_mask);
sa.sa_flags = 0;
if (sigaction(SIGINT, &sa, NULL) == -1) {
perror("sigaction");
exit(EXIT_FAILURE);
}
while (1) {
printf("Waiting for signal...\n");
sleep(1);
}
return 0;
}
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高级用法（使用SA_SIGINFO）
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
void handler(int sig, siginfo_t *info, void *ucontext) {
printf("Received signal %d from process %d\n", sig, info->si_pid);
printf("Additional data: %d\n", info->si_value.sival_int);
}
int main() {
struct sigaction sa;
memset(&sa, 0, sizeof(sa));
sa.sa_sigaction = handler;
sigemptyset(&sa.sa_mask);
sa.sa_flags = SA_SIGINFO;
if (sigaction(SIGUSR1, &sa, NULL) == -1) {
perror("sigaction");
exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("My PID: %d\n", getpid());
printf("Waiting for signal...\n");
while (1) {
pause();
}
return 0;
}
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信号处理的最佳实践
保持信号处理函数简单：信号处理函数应尽可能简单，避免调用非异步信号安全的函数。
正确处理可重入性：确保在信号处理函数中只使用异步信号安全的函数。
使用volatile sig_atomic_t：对于需要在信号处理函数和主程序之间共享的变量，应使用volatile sig_atomic_t类型。
考虑信号排队：注意大多数信号不会排队，连续发送的相同信号可能会被合并。
正确处理EINTR：即使使用SA_RESTART，某些系统调用仍可能被中断，需要适当处理。
常见问题与解决方案
1. 系统调用被信号中断
解决方案：设置SA_RESTART标志或手动重启系统调用。
sa.sa_flags = SA_RESTART; // 自动重启被中断的系统调用
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2. 信号处理函数中调用不可重入函数
解决方案：仅使用异步信号安全的函数，或通过设置标志在主程序中执行复杂操作。
3. 信号丢失
解决方案：使用实时信号（SIGRTMIN到SIGRTMAX）并设置SA_SIGINFO标志，这些信号支持排队。
与signal()函数的比较
特性 signal() sigaction()
可移植性 差 好
信号屏蔽控制 无 有
附加信号信息 无 有
系统调用重启控制 无 有
处理函数重置行为 不一致 可控
结论
sigaction()函数是Linux系统编程中处理信号的强大工具，它提供了比传统signal()函数更丰富、更可靠的功能特性。通过合理使用sigaction()，开发者可以构建更健壮、更可靠的应用程序，有效处理各种异步事件。掌握sigaction()的使用是成为熟练Linux系统程序员的重要一步。
在实际开发中，建议始终使用sigaction()而非signal()，除非有特别简单的需求且可移植性不是考虑因素。通过sigaction()提供的丰富选项，可以应对各种复杂的信号处理场景。
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