设计安全的SIGINT信号处理函数

题目

设计安全的SIGINT信号处理函数

信息

• 类型：问答
• 难度：⭐⭐

考点

信号处理,异步安全,竞态条件,可重入函数

快速回答

设计安全的SIGINT处理函数需注意：

• 使用volatile sig_atomic_t声明全局标志
• 仅调用异步安全函数（如write、gettimeofday）
• 避免复杂逻辑和不可重入函数
• 使用原子操作处理共享状态
• 考虑信号丢失和多次触发的处理

原理说明

信号处理函数在执行时会中断程序正常流程，因此必须满足：

1. 异步安全性：只能调用POSIX定义的异步安全函数（如write、gettimeofday）
2. 原子操作：全局变量需使用sig_atomic_t保证读写原子性
3. 避免竞态：信号可能在任何时刻触发，需防止与主程序的状态冲突
4. 可重入性：避免使用静态缓冲区或全局状态

代码示例

#include <signal.h>
#include <sys/time.h>
#include <unistd.h>

volatile sig_atomic_t should_exit = 0;
struct timeval interrupt_time;

void handle_sigint(int sig) {
    // 异步安全地记录时间
    gettimeofday(&interrupt_time, NULL);

    // 原子设置退出标志
    should_exit = 1;

    // 简单日志（异步安全）
    const char msg[] = "SIGINT received\n";
    write(STDERR_FILENO, msg, sizeof(msg)-1);
}

int main() {
    struct sigaction sa;
    sa.sa_handler = handle_sigint;
    sigemptyset(&sa.sa_mask);
    sa.sa_flags = 0;

    sigaction(SIGINT, &sa, NULL);

    while(!should_exit) {
        // 主循环工作
        // 注意：格式化输出等非安全操作应放在主循环
        // 例如：printf("Last interrupt at: %ld.%06ld\n", 
        //        interrupt_time.tv_sec, interrupt_time.tv_usec);
    }
    return 0;
}

最佳实践

• 保持简洁：信号处理函数只做最小操作（设置标志/记录时间）
• 屏蔽信号：使用sa_mask屏蔽其他信号防止嵌套中断
• 自管道技巧：通过管道通知主线程，避免轮询全局变量
• 原子标志：sig_atomic_t确保标志读写不被中断

常见错误

• 使用非安全函数：在处理函数中调用printf/malloc等可能导致死锁
• 忽略可重入性：使用静态缓冲区（如strtok）引发数据损坏
• 竞态条件：未保护对复杂数据结构的访问
• 信号丢失：连续快速触发时丢失信号（应结合sigprocmask）

扩展知识

• 异步安全函数列表：参考POSIX标准的Signal Safety章节
• 实时信号：SIGRTMIN以上信号支持队列化，避免丢失
• 信号处理线程模型：Linux中信号可能由任意线程处理，需注意线程安全
• 替代方案：signalfd（Linux特有）可将信号转为文件描述符事件