C 库函数 – sigaction()（超详细）

C 库函数 – sigaction() 的深度解析：掌握信号处理的核心机制

在编写系统级程序或需要对异常行为做出响应的 C 程序时，信号（Signal）是一个无法绕开的概念。信号是操作系统向进程发送的一种异步通知机制，用于告知程序发生了某些事件，比如用户按下 Ctrl + C、除零错误、子进程结束等。而 sigaction() 就是 C 语言中用于精确控制信号处理行为的核心函数之一。

相比更古老的 signal() 函数，sigaction() 提供了更强大、更灵活的接口，尤其适合对信号处理行为有严格要求的场景。本文将带你从零开始理解 sigaction() 的工作原理，并通过真实代码示例逐步掌握其使用方法。

为什么需要 sigaction()？

在早期的 Unix 系统中，signal() 是唯一可用的信号处理函数。但它存在一些设计缺陷，例如：

• 信号处理函数在被调用后，系统会自动重置为默认行为（即 SIG_DFL），这可能导致某些信号被意外忽略。
• 在多线程环境下，signal() 的行为不可预测。
• 无法精细控制信号的阻塞行为或处理上下文。

这就像你家的门铃系统：如果每次有人按铃，门铃就自动“重置”成默认声音，那你就无法自定义铃声，也无法在铃声响起时防止其他干扰。sigaction() 正是为了解决这类问题而生，它让你可以“定制门铃行为”，并且保证在每次响铃时都按你的设定来执行。

sigaction() 函数原型与参数详解

sigaction() 的函数原型如下：

#include <signal.h>

int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);

我们逐个分析参数：

• signum：要设置处理方式的信号编号，如 SIGINT（对应 Ctrl + C）、SIGTERM（终止信号）、SIGUSR1（用户自定义信号）等。
• act：指向一个 struct sigaction 结构体的指针，用于定义新信号处理行为。
• oldact：可选参数，用于保存原来对该信号的处理方式。如果不需要保留旧设置，可传入 NULL。

struct sigaction 结构体包含多个字段，核心部分如下：

struct sigaction {
    void (*sa_handler)(int);        // 处理函数指针
    sigset_t sa_mask;               // 临时阻塞的信号集
    int sa_flags;                   // 标志位，控制行为细节
    void (*sa_restorer)(void);      // 保留字段，通常不用
};

⚠️ 注意：sa_handler 不能设为 SIG_DFL 或 SIG_IGN，如果要使用默认或忽略行为，应直接传入对应值。

实际案例：捕获 Ctrl + C 信号

让我们写一个简单的程序，当用户按下 Ctrl + C 时，程序不立即退出，而是打印一条提示信息。

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>

// 信号处理函数：当收到 SIGINT 时被调用
void sigint_handler(int signum) {
    printf("\n⚠️  捕获到信号 SIGINT (Ctrl + C)！程序正在优雅退出...\n");
    // 可在此处执行清理操作，如关闭文件、释放内存等
    _exit(0); // 立即终止进程，避免无限循环
}

int main() {
    struct sigaction sa;

    // 初始化 sigaction 结构体
    sa.sa_handler = sigint_handler;  // 设置处理函数
    sigemptyset(&sa.sa_mask);        // 清空阻塞信号集
    sa.sa_flags = 0;                 // 不设置特殊标志

    // 注册信号处理：SIGINT = Ctrl + C
    if (sigaction(SIGINT, &sa, NULL) == -1) {
        perror("sigaction failed");
        return 1;
    }

    printf("📌 程序已启动，按 Ctrl + C 可触发自定义处理逻辑。\n");
    printf("⏳ 程序将持续运行，直到收到信号...\n");

    // 无限循环，等待信号
    while (1) {
        sleep(1); // 每秒打印一次，模拟工作
        printf("⏰ 运行中... %d 秒\n", (int)time(NULL));
    }

    return 0;
}

代码解析：

• sigint_handler 是一个普通函数，接收信号编号作为参数。虽然我们只关心 SIGINT，但函数签名必须与 void (*)(int) 一致。
• sigemptyset(&sa.sa_mask) 清空信号集，表示在处理信号期间不额外阻塞其他信号。
• sa.sa_flags = 0 表示使用默认行为。后续我们会介绍如何用标志位增强功能。
• sigaction(SIGINT, &sa, NULL) 成功注册后，程序将不再默认退出，而是调用我们的自定义函数。

运行此程序后，按 Ctrl + C，你会看到：

⚠️  捕获到信号 SIGINT (Ctrl + C)！程序正在优雅退出...

然后程序退出。这比直接终止更可控。

高级特性：使用 sa_flags 控制行为

sa_flags 是 sigaction() 中最强大的部分。通过设置不同的标志，你可以改变信号处理的执行方式。

举个例子，使用 SA_RESTART 修复被中断的 read() 调用：

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

void sigint_handler(int signum, siginfo_t *info, void *context) {
    printf("\n💡 收到信号 %d，来源进程 PID: %d\n", signum, info->si_pid);
}

int main() {
    struct sigaction sa;

    sa.sa_sigaction = sigint_handler;  // 使用带信息的处理函数
    sigemptyset(&sa.sa_mask);
    sa.sa_flags = SA_SIGINFO;          // 启用信息模式

    if (sigaction(SIGINT, &sa, NULL) == -1) {
        perror("sigaction failed");
        return 1;
    }

    printf("📌 启动成功，等待 Ctrl + C...\n");

    // 模拟阻塞式读取
    char buffer[128];
    ssize_t n = read(0, buffer, sizeof(buffer) - 1);
    if (n == -1) {
        perror("read failed");
    } else {
        buffer[n] = '\0';
        printf("✅ 读取到输入：%s\n", buffer);
    }

    return 0;
}

✅ 提示：当使用 SA_SIGINFO 时，必须将 sa_handler 改为 sa_sigaction，并传入三个参数。

信号屏蔽与 sa_mask 的妙用

sa_mask 允许你在处理某个信号时，临时屏蔽其他信号。这在避免信号嵌套或竞态条件时非常有用。

例如，如果你正在处理 SIGUSR1，但不希望此时被 SIGINT 打断，可以这样做：

struct sigaction sa;

sa.sa_handler = my_handler;
sigemptyset(&sa.sa_mask);
sigaddset(&sa.sa_mask, SIGINT);  // 处理 SIGUSR1 时屏蔽 SIGINT
sa.sa_flags = 0;

sigaction(SIGUSR1, &sa, NULL);

这相当于“锁门”：当处理 SIGUSR1 时，SIGINT 被暂时“锁住”，不会打断当前逻辑。

与 signal() 的对比：为何推荐使用 sigaction()

✅ 建议：在任何新项目中，优先使用 sigaction()，除非你明确知道 signal() 足够满足需求。

总结与最佳实践

C 库函数 – sigaction() 是信号处理的“标准工具箱”。它不仅功能强大，而且行为可预测，是编写健壮系统程序的基石。

• 用 sigaction() 替代 signal()，提升代码可靠性。
• 通过 sa_mask 控制信号阻塞，防止嵌套中断。
• 使用 SA_SIGINFO 获取更丰富的信号上下文。
• 在信号处理函数中避免调用不可重入函数（如 printf、malloc）。

最后提醒：信号处理函数应当尽量简洁，只做必要的操作，例如设置标志位、写日志、发送通知等。复杂的逻辑应通过主程序轮询或事件机制处理。

掌握 sigaction()，你就真正迈入了 C 语言系统编程的大门。它不仅是一个函数，更是一种思维方式：让程序在不可预测的环境中，依然保持可控与优雅。

继续深入学习，你将能构建出真正稳定、高效的后台服务、守护进程和实时系统。