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如何在c++中正确处理信号(Signal)? (signal handler安全)

尼克

尼克

发布时间:2026-01-31 13:36:48

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来源于php中文网

原创

sigaction() 更安全,因其显式控制信号掩码、SA_RESTART 和 SA_NODEFER 等行为,POSIX 保证其可移植可靠;signal() 在不同系统行为不一致,可能重置为默认处理,导致二次信号终止进程。

如何在c++中正确处理信号(signal)? (signal handler安全)

signal() 和 sigaction() 哪个更安全?

直接用 signal() 注册信号处理函数是不安全的,尤其在多线程或需要可靠语义的场景下。它在不同系统(如 Linux vs macOS)行为不一致:可能重置信号处理为默认、不阻塞同类信号、无法指定标志位。生产环境必须用 sigaction()

  • sigaction() 显式控制信号掩码、是否重启被中断系统调用(SA_RESTART)、是否自动阻塞当前信号(SA_NODEFER 可关)
  • 调用 signal() 后,某些系统会将该信号 handler 重置为 SIG_DFL,导致第二次信号直接终止进程
  • POSIX 明确只保证 sigaction() 是可移植且可靠的接口

信号处理函数里能调用哪些函数?

只有异步信号安全(async-signal-safe)函数才能在 signal handler 中安全调用。绝大多数 C++ 标准库函数(包括 std::coutmallocprintfstd::string::append)都不在此列 —— 它们内部可能锁全局资源或调用非安全函数,引发死锁或崩溃。

  • 可用函数极有限:write()read()sigprocmask()raise()_exit()(不是 exit())等,完整列表见 man 7 signal-safety
  • 常见误用:std::cerr → 未定义行为,可能卡死或破坏堆
  • 正确做法:handler 中仅写入一个字节到自管道(self-pipe)或原子变量(如 std::atomic),主循环检测并处理

如何安全地把信号转成程序可控事件?

推荐使用 self-pipe 技巧或 signalfd()(Linux only)。前者兼容性好,后者更简洁但限于 Linux。

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  • self-pipe:创建一对 pipe(),handler 中用 write() 往写端发 1 字节;主循环用 select()epoll_wait() 监听读端 fd
  • signalfd():用 sigprocmask() 屏蔽目标信号,再用 signalfd() 创建专用 fd,之后像读普通 fd 一样 read() 获取 struct signalfd_siginfo
  • 避免轮询全局 std::atomic:虽比 printf 安全,但无法传递信号编号或附加信息,且主循环需频繁检查,实时性差
int pipefd[2];
pipe(pipefd);
// 在 sigaction handler 中:
write(pipefd[1], "x", 1); // 安全

// 主循环中:
char buf[1];
if (read(pipefd[0], buf, 1) == 1) {
    // 处理信号逻辑,此时可自由调用任何函数
}

多线程下信号处理要特别注意什么?

信号是发给「进程」或「线程」的,但默认由任意一个未屏蔽该信号的线程接收。若多个线程都未屏蔽 SIGUSR1,谁收到是不确定的 —— 这会导致 handler 在错误线程上下文中执行,破坏 TLS 或栈状态。

立即学习C++免费学习笔记(深入)”;

  • 务必用 pthread_sigmask() 在主线程初始化后,显式屏蔽所有信号;再用 sigwait()signalfd() 在**单个专用线程**中同步等待信号
  • 不要在多个线程里分别调用 sigaction();每个线程的 signal mask 独立,但 handler 是进程级的,混用极易出错
  • raise() 发送给调用线程,kill(getpid(), ...) 发送给进程 —— 注意目标粒度
信号处理真正难的不是注册函数,而是守住 async-signal-safe 的边界。哪怕只在 handler 里多写一行 std::cout,都可能让程序在高负载时随机崩掉,而且很难复现。

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