Linux 訊號機制深度解析：32 號以下不可靠 vs 33-64 號可靠訊號、sigaction 實戰與核心處理流程

訊號分類：不可靠 vs 可靠 (實時)

終端查看完整列表：kill -l

常見不可靠訊號速查表 (節錄)

訊號產生來源

• 硬體：使用者輸入 (Ctrl+C → SIGINT)、CPU 異常 (除零 → SIGFPE、非法存取 → SIGSEGV)。
• 軟體 (系統呼叫)：kill(), raise(), sigqueue() (可攜帶資料), alarm(), setitimer(), abort(), pthread_kill()。

訊號安裝：signal() vs sigaction()

// 過時、不可攜帶資料、不可靠訊號語意不一
void (*signal(int signum, void (*handler)(int)))(int);

// 標準、支援資料傳遞、可控制阻塞集合、旗標豐富
int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);

sigaction 結構體關鍵欄位

struct sigaction {
    void     (*sa_handler)(int);           // 傳統處理函式
    void     (*sa_sigaction)(int, siginfo_t*, void*); // SA_SIGINFO 時使用，可取得 siginfo_t
    sigset_t   sa_mask;                    // 處理函式執行期間額外阻塞的訊號集
    int        sa_flags;                   // 行為旗標組合
    void     (*sa_restorer)(void);         // 內部用，忽略
};

sa_flags 常用旗標

• SA_RESTART：被訊號中斷的系統呼叫自動重啟 (避免 EINTR)。
• SA_NOCLDSTOP：子進程停止/繼續不產生 SIGCHLD。
• SA_NOCLDWAIT：子進程結束不產生 SIGCHLD，且不成為殭屍進程。
• SA_SIGINFO：啟用 sa_sigaction，可取得 siginfo_t (發送者 PID/UID、訊號值、地址等)。
• SA_NODEFER：處理期間不自動阻塞自身訊號 (預設會阻塞)。
• SA_RESETHAND：處理一次後恢復預設動作。

訊號集操作函式

sigemptyset(set)   // 清空
sigfillset(set)    // 填滿所有訊號
sigaddset(set, sig)    // 加入
sigdelset(set, sig)    // 刪除
sigismember(set, sig)  // 判斷

阻塞/解除阻塞/待處理訊號查詢

sigprocmask(SIG_BLOCK,   &set, &old)  // 加入阻塞集
sigprocmask(SIG_UNBLOCK, &set, &old)  // 移除阻塞集
sigprocmask(SIG_SETMASK, &set, &old)  // 設定阻塞集
sigpending(&set)                      // 取得已送達但被阻塞的訊號集
sigsuspend(&mask)                     // 原子性：替換阻塞集並暫停，收到訊號恢復

核心處理流程與時機

1. 訊號送達 → 掛入進程 task_struct->pending (不可靠訊號去重，可靠訊號入隊)。
2. 進程從核心態返回使用者態時 (系統呼叫返回、中斷返回、排程器切換)，檢查 pending & ~blocked。
3. 若有未阻塞待處理訊號：
   a. 依 sa_mask 設定暫時阻塞集。
   b. 切換到使用者棧，呼叫處理函式 (sa_handler 或 sa_sigaction)。
   c. 返回核心態，恢復原阻塞集，移除該訊號 pending 位。
   d. 繼續執行使用者代碼。

關鍵點：訊號處理只發生在使用者態，核心態不處理訊號。sigprocmask 修改阻塞集後，下一次核心→使用者態轉換才生效。

實戰範例：使用 sigaction + sigqueue 傳遞資料

// 接收端
void handler(int sig, siginfo_t *info, void *ctx) {
    printf("Received value: %d from PID %d\n", info->si_value.sival_int, info->si_pid);
}
struct sigaction act = {0};
act.sa_sigaction = handler;
act.sa_flags = SA_SIGINFO;
sigemptyset(&act.sa_mask);
sigaction(SIGRTMIN, &act, NULL);

// 發送端
union sigval val;
val.sival_int = 12345;
sigqueue(target_pid, SIGRTMIN, val);