C 库函数 – sigpending()（最佳实践）

C 库函数 – sigpending()：理解信号挂起状态的实用指南

在 Linux 系统编程中，信号（Signal）是一种异步通知机制，用于通知进程发生了某些事件。比如用户按下 Ctrl + C 会触发 SIGINT 信号，程序崩溃时可能触发 SIGSEGV。然而，信号的处理并非总是立即生效——有时候它们会“排队等待”处理，这种状态就叫做“挂起”（Pending）。sigpending() 函数正是用来查看当前进程中哪些信号正处于挂起状态的关键工具。

如果你正在学习多线程编程、异步处理或系统级开发，掌握 sigpending() 不仅能帮你理解信号机制的工作原理，还能让你在调试时快速定位“信号为什么没被及时处理”的问题。

信号与挂起：一个类比解释

想象你正在办公室工作，桌上放着一个“待办事项”便签本。每当有紧急邮件、电话或同事敲门，你就会在便签本上记下一条任务（相当于发送一个信号）。但你正在专注写代码，不能立刻处理所有任务。

这时，便签本上的任务就是“挂起”的状态——它们已经到来，但还没被你处理。sigpending() 就像你突然抬头看一眼便签本，确认当前有哪些任务正在等待处理。

在程序中，信号的挂起状态也类似：系统已经收到了信号，但由于进程当前正在执行其他操作，或者某些信号被屏蔽了，这些信号就暂时无法被处理，只能“挂起”等待。

sigpending() 函数详解

sigpending() 是 POSIX 标准中定义的 C 库函数，用于获取当前进程的挂起信号集。它的原型如下：

#include <signal.h>

int sigpending(sigset_t *set);

参数说明

• set：一个指向 sigset_t 类型变量的指针，用于接收当前挂起的信号集合。

返回值

• 成功时返回 0。
• 失败时返回 -1，并设置 errno 错误码（如 EFAULT 表示指针无效）。

重要提示

• sigpending() 不会修改任何信号处理方式，也不会清除挂起信号。
• 它只是“读取”当前状态，就像查看便签本的内容，不会把任务划掉。

使用 sigpending() 的完整示例

下面是一个完整的 C 程序，演示如何使用 sigpending() 查看挂起信号：

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

// 定义一个打印信号集的辅助函数
void print_pending_signals(sigset_t *set) {
    printf("当前挂起的信号有：\n");

    // 遍历所有可能的信号（通常为 1~64）
    for (int sig = 1; sig <= 64; sig++) {
        // 检查该信号是否在挂起集合中
        if (sigismember(set, sig)) {
            // 根据信号编号打印名称（简化处理，实际应用可查表）
            switch (sig) {
                case 1:  printf("  SIGUSR1\n"); break;
                case 2:  printf("  SIGINT\n");  break;
                case 3:  printf("  SIGQUIT\n"); break;
                case 9:  printf("  SIGKILL\n"); break;
                case 14: printf("  SIGALRM\n"); break;
                case 15: printf("  SIGTERM\n"); break;
                default:
                    // 其他信号用数字表示
                    printf("  Signal %d\n", sig);
                    break;
            }
        }
    }
}

int main() {
    sigset_t pending_set;

    // 1. 初始化信号集
    sigemptyset(&pending_set);

    // 2. 暂停 2 秒，让系统有机会发送信号
    printf("程序启动，等待 2 秒...\n");
    sleep(2);

    // 3. 调用 sigpending() 获取当前挂起信号
    if (sigpending(&pending_set) == -1) {
        perror("sigpending 调用失败");
        return 1;
    }

    // 4. 打印挂起信号
    print_pending_signals(&pending_set);

    // 5. 为了演示效果，手动发送一个 SIGUSR1 信号
    printf("\n现在向自己发送 SIGUSR1 信号...\n");
    kill(getpid(), SIGUSR1);

    // 6. 再次调用 sigpending()
    sleep(1);
    if (sigpending(&pending_set) == -1) {
        perror("sigpending 调用失败");
        return 1;
    }

    printf("\n发送 SIGUSR1 后，再次检查挂起信号：\n");
    print_pending_signals(&pending_set);

    printf("程序结束。\n");
    return 0;
}

代码注释说明

• sigemptyset(&pending_set)：初始化信号集，清空所有信号。
• sleep(2)：模拟程序运行中等待信号到达。
• sigpending(&pending_set)：获取当前挂起信号集。
• sigismember(set, sig)：判断某个信号是否在信号集中。
• kill(getpid(), SIGUSR1)：向当前进程发送一个用户自定义信号（SIGUSR1），用于测试。
• print_pending_signals()：自定义函数，用于美化输出信号列表。

编译并运行此程序：

gcc -o pending_test pending_test.c
./pending_test

你会看到类似输出：

程序启动，等待 2 秒...
当前挂起的信号有：
  SIGINT
  SIGUSR1

现在向自己发送 SIGUSR1 信号...

发送 SIGUSR1 后，再次检查挂起信号：
  SIGUSR1
程序结束。

这说明信号确实被挂起，并且在 kill 调用后被正确记录。

信号屏蔽与挂起的关系

sigpending() 的实际价值，往往体现在与 sigprocmask() 配合使用时。sigprocmask() 可以用来屏蔽某些信号，而一旦屏蔽，这些信号就会进入“挂起”状态，直到解除屏蔽。

举个例子：

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

int main() {
    sigset_t block_set, pending_set;

    // 1. 创建一个信号集，包含 SIGUSR1
    sigemptyset(&block_set);
    sigaddset(&block_set, SIGUSR1);

    // 2. 屏蔽 SIGUSR1 信号
    if (sigprocmask(SIG_BLOCK, &block_set, NULL) == -1) {
        perror("sigprocmask 失败");
        return 1;
    }

    printf("SIGUSR1 已被屏蔽，现在发送信号...\n");

    // 3. 发送 SIGUSR1 信号
    kill(getpid(), SIGUSR1);

    // 4. 立即检查挂起状态
    if (sigpending(&pending_set) == -1) {
        perror("sigpending 失败");
        return 1;
    }

    if (sigismember(&pending_set, SIGUSR1)) {
        printf("✅ SIGUSR1 处于挂起状态！\n");
    } else {
        printf("❌ SIGUSR1 没有被挂起？\n");
    }

    // 5. 解除屏蔽
    sigprocmask(SIG_UNBLOCK, &block_set, NULL);
    printf("SIGUSR1 屏蔽已解除，信号应被处理。\n");

    sleep(1); // 等待信号处理完成

    return 0;
}

运行结果：

SIGUSR1 已被屏蔽，现在发送信号...
✅ SIGUSR1 处于挂起状态！
SIGUSR1 屏蔽已解除，信号应被处理。

这个例子清晰地展示了：当信号被屏蔽时，它不会被立即处理，而是进入挂起状态。sigpending() 正是观察这种状态的“显微镜”。

实际应用场景

在真实项目中，sigpending() 常用于以下场景：

1. 调试信号丢失问题
   当你发现信号没有按预期处理，sigpending() 可以帮你确认是否信号被挂起而未被处理。

2. 多线程程序中的信号同步
   在多线程环境中，信号默认由主线程接收。如果主线程正在执行阻塞操作，其他线程无法处理信号。此时用 sigpending() 可以判断信号是否堆积。

3. 高可靠系统中的状态监控
   在实时系统中，监控信号挂起状态有助于判断系统是否“过载”或“响应延迟”。

常见误区与注意事项

此外，信号处理函数必须是“异步信号安全”（async-signal-safe）的，否则在信号处理中调用非安全函数可能导致未定义行为。

总结

sigpending() 是 C 系统编程中一个看似简单却非常实用的函数。它让你能够“窥探”进程内部的信号状态，理解信号的生命周期。在调试信号问题、设计多线程程序或构建高可靠性系统时，掌握它能极大提升你的排查效率。

从“信号挂起”这个概念出发，我们通过类比、代码示例和实际场景，一步步揭示了 sigpending() 的作用。希望这篇文章能帮你建立起对信号机制的直观理解，不再对“信号为什么没来”感到困惑。

如果你正在学习系统编程，不妨把 sigpending() 加入你的工具箱。它也许不会立刻改变你的代码，但会在关键时刻，帮你找到那个“隐藏的信号”。