C 库函数 – sigprocmask()（快速上手）

C 库函数 – sigprocmask()：深入理解信号屏蔽机制

在多任务并发的程序世界里，信号（Signal）就像是一封封来自系统的“紧急通知”。当程序运行中遇到中断、错误或用户操作时，操作系统会通过信号来提醒进程。但有时候，这些通知可能“不合时宜”——比如在执行关键代码段时突然收到一个 SIGINT（Ctrl+C），就可能导致程序崩溃或状态不一致。

这时，我们就需要一个“信号屏蔽”机制。sigprocmask() 正是 C 语言中用于控制信号屏蔽字的核心函数。它允许我们在程序运行时，动态地设置哪些信号被阻塞（屏蔽），哪些信号可以被处理。掌握这个函数，相当于掌握了程序对“紧急通知”的主动管理权。

什么是信号屏蔽字？

信号屏蔽字（Signal Mask）是一个位图结构，每一位对应一个信号。如果某一位是 1，表示该信号被屏蔽（即不被接收）；如果是 0，表示信号未被屏蔽，可以被进程接收并处理。

你可以把信号屏蔽字想象成一个“信号过滤器”。当你把它打开时，某些信号就像被“静音”了一样，即使系统发出了通知，程序也不会“听见”。

sigprocmask() 函数的作用，就是让我们可以自由地修改这个“过滤器”的状态。

sigprocmask() 函数原型与参数详解

#include <signal.h>

int sigprocmask(int how, const sigset_t *set, sigset_t *oldset);

这个函数有三个参数，我们逐一来看：

• how：指定如何修改信号屏蔽集。常见的取值有：

  • SIG_BLOCK：将 set 中的信号加入当前屏蔽集（即阻塞这些信号）
  • SIG_UNBLOCK：从当前屏蔽集中移除 set 中的信号（即解除阻塞）
  • SIG_SETMASK：直接用 set 替换当前的屏蔽集

• set：指向一个 sigset_t 类型的信号集，里面包含了要操作的信号列表。这个结构体通常通过 sigemptyset()、sigaddset() 等辅助函数来初始化。

• oldset：如果非空，函数会将原来的信号屏蔽集保存到这个变量中，便于后续恢复。

返回值为 0 表示成功，非零表示失败。

💡 提示：sigset_t 是一个内部结构体，不能直接操作，必须使用标准库提供的函数来管理。

实际案例：阻塞 SIGINT 信号

我们来写一个简单的例子，展示如何使用 sigprocmask() 来临时屏蔽 SIGINT 信号（即 Ctrl+C）。

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

int main() {
    sigset_t new_mask, old_mask;

    // 初始化信号集：清空所有信号
    sigemptyset(&new_mask);

    // 添加 SIGINT 信号到屏蔽集
    sigaddset(&new_mask, SIGINT);

    // 设置信号屏蔽：阻塞 SIGINT
    if (sigprocmask(SIG_BLOCK, &new_mask, &old_mask) == -1) {
        perror("sigprocmask");
        return 1;
    }

    printf("SIGINT 已被屏蔽，按 Ctrl+C 无效。\n");
    printf("正在执行关键任务...\n");

    // 模拟一个耗时操作
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        printf("任务执行中... %d\n", i + 1);
        sleep(2);
    }

    // 恢复原来的信号屏蔽集
    if (sigprocmask(SIG_SETMASK, &old_mask, NULL) == -1) {
        perror("sigprocmask");
        return 1;
    }

    printf("SIGINT 已恢复，现在可以正常响应 Ctrl+C。\n");

    return 0;
}

代码逐行注释说明：

• sigemptyset(&new_mask)：初始化一个空的信号集，相当于“清空过滤器”。
• sigaddset(&new_mask, SIGINT)：将 SIGINT 加入屏蔽集，表示“静音 Ctrl+C”。
• sigprocmask(SIG_BLOCK, &new_mask, &old_mask)：执行屏蔽操作，同时保存旧的屏蔽状态。
• sleep(2)：模拟长时间运行的任务，此时即使按 Ctrl+C 也不会中断。
• 最后 sigprocmask(SIG_SETMASK, &old_mask, NULL)：恢复原始信号设置，让程序重新响应中断。

这个例子完美展示了 sigprocmask() 的核心用途：在关键代码段中临时屏蔽信号，防止意外中断。

多信号屏蔽与信号集管理

有时我们需要同时屏蔽多个信号。例如，在数据库事务处理中，我们可能希望同时屏蔽 SIGTERM、SIGINT 和 SIGQUIT。

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

int main() {
    sigset_t mask;

    // 初始化信号集
    sigemptyset(&mask);

    // 添加多个信号到屏蔽集
    sigaddset(&mask, SIGTERM);
    sigaddset(&mask, SIGINT);
    sigaddset(&mask, SIGQUIT);

    // 阻塞这些信号
    if (sigprocmask(SIG_BLOCK, &mask, NULL) == -1) {
        perror("sigprocmask");
        return 1;
    }

    printf("多个信号已被屏蔽，程序进入安全区。\n");

    // 模拟事务处理
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        printf("事务处理中... %d\n", i + 1);
        sleep(1);
    }

    printf("事务完成，即将恢复信号。\n");

    // 恢复信号屏蔽（这里我们不保存 oldset，直接恢复默认）
    sigset_t empty_mask;
    sigemptyset(&empty_mask);
    sigprocmask(SIG_SETMASK, &empty_mask, NULL);

    printf("信号屏蔽已清除，程序恢复正常响应。\n");

    return 0;
}

关键点总结：

• sigaddset() 可以多次调用，添加多个信号。
• 使用 sigemptyset() 初始化后，再逐个加入信号，逻辑清晰。
• 通过 SIG_SETMASK 与空集结合，实现“完全解除屏蔽”。

信号屏蔽的原子性与线程安全

sigprocmask() 是一个原子操作函数。这意味着在修改信号屏蔽集的过程中，不会被其他信号中断，从而避免了竞态条件。

这在多线程程序中尤为重要。例如，一个线程正在修改信号屏蔽集，另一个线程可能正在处理信号。如果操作不原子，就可能导致信号被意外接收或丢失。

所以，sigprocmask() 不仅功能强大，而且是线程安全的，适合在并发环境中使用。

常见误区与最佳实践

误区一：忘记保存旧状态

如果你只调用 sigprocmask(SIG_BLOCK, ...)，而没有保存 oldset，那么就无法恢复原来的信号设置。这可能导致后续程序行为异常。

✅ 正确做法：总是使用 oldset 参数保存原始状态，尤其是在关键代码块中。

误区二：误用 SIG_SETMASK 替代 SIG_BLOCK

SIG_SETMASK 会完全替换当前屏蔽集，而 SIG_BLOCK 是叠加。如果你只想临时屏蔽某个信号，却用了 SIG_SETMASK，可能会把其他本该响应的信号也屏蔽了。

✅ 正确做法：需要保留原有屏蔽状态时，使用 SIG_BLOCK 或 SIG_UNBLOCK。

与信号处理函数的协同使用

sigprocmask() 通常与 signal() 或 sigaction() 搭配使用。例如：

• 用 sigaction() 设置信号处理函数；
• 用 sigprocmask() 控制信号是否能被接收。

这种组合可以实现“信号延迟处理”：先屏蔽信号，等关键代码执行完再处理。

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

void handler(int sig) {
    printf("收到信号 %d，正在处理...\n", sig);
}

int main() {
    struct sigaction sa;
    sigset_t mask;

    // 设置信号处理函数
    sa.sa_handler = handler;
    sigemptyset(&sa.sa_mask);
    sa.sa_flags = 0;
    sigaction(SIGUSR1, &sa, NULL);

    // 屏蔽 SIGUSR1
    sigemptyset(&mask);
    sigaddset(&mask, SIGUSR1);
    sigprocmask(SIG_BLOCK, &mask, NULL);

    printf("SIGUSR1 已屏蔽，发送信号不会立即响应。\n");

    sleep(3);

    // 恢复屏蔽
    sigprocmask(SIG_SETMASK, NULL, NULL); // 恢复为默认状态
    printf("屏蔽已解除，现在可以接收信号。\n");

    sleep(2);

    return 0;
}

总结与建议

sigprocmask() 是 C 语言中一个强大而实用的系统调用，尤其适合用于：

• 关键代码段的保护（如文件写入、数据库事务）
• 避免信号中断导致状态不一致
• 实现信号的延迟处理机制

掌握它，意味着你不仅能“接收”信号，更能“管理”信号，让程序更加健壮。

在实际开发中，建议将信号屏蔽逻辑封装成函数，例如：

void enter_critical_section(void) {
    sigset_t mask;
    sigemptyset(&mask);
    sigaddset(&mask, SIGINT);
    sigprocmask(SIG_BLOCK, &mask, &critical_mask);
}

void exit_critical_section(void) {
    sigprocmask(SIG_SETMASK, &critical_mask, NULL);
}

这样可以提高代码可读性和复用性。

最后提醒：信号机制是操作系统层面的高级特性，使用时务必谨慎。sigprocmask() 虽然功能强大，但滥用可能导致程序无响应或行为异常。合理使用，才能发挥其最大价值。

C 库函数 – sigprocmask()，不只是一个函数，更是你掌控程序运行节奏的“信号控制器”。掌握它，让你的程序更安全、更可控。