3. 信号与中断：Unix信号机制、信号处理函数、信号如何中断系统调用

信号（Signal）是 Unix/Linux 系统中用于进程间通信和异步事件通知的核心机制。当信号到达时，正在执行的系统调用可能被强制中断，导致返回 EINTR 错误。理解信号如何中断系统调用，是排查 EINTR 故障的基础。

3.1 Unix 信号机制概述

信号是一种软件中断，用于通知进程发生了某个事件。信号可以由内核、其他进程或进程自身产生。每个信号都有一个唯一的编号和默认行为。

3.2 信号处理函数（Signal Handler）

进程可以通过 signal() 或 sigaction() 系统调用为特定信号注册处理函数。当信号到达时，内核会暂停当前进程的执行流，保存上下文，然后跳转到用户注册的处理函数中执行。

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

// 信号处理函数
void sigint_handler(int signo) {
    // 注意：在信号处理函数中调用非异步信号安全的函数（如 printf）是不安全的
    write(STDOUT_FILENO, "Caught SIGINT!\n", 15);
}

int main() {
    struct sigaction sa;
    sa.sa_handler = sigint_handler;
    sigemptyset(&sa.sa_mask);
    sa.sa_flags = 0; // 未设置 SA_RESTART

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

    // 阻塞等待信号
    pause();
    return 0;
}

3.3 信号如何中断系统调用

当一个慢速系统调用（如 read()、write()、accept()、wait()）正在执行时，如果进程收到一个信号，并且该信号注册了处理函数，内核会执行以下步骤：

1. 信号到达：内核检测到有未决信号，且进程处于可中断的睡眠状态（TASK_INTERRUPTIBLE）。
2. 唤醒进程：内核将进程状态置为就绪，准备返回用户态。
3. 执行信号处理：在系统调用返回路径上，内核发现需要递送信号，于是保存系统调用的返回值和错误码，转而执行信号处理函数。
4. 系统调用失败：信号处理函数执行完毕后，内核恢复上下文，系统调用返回 -1，并将 errno 设置为 EINTR。

3.4 可中断与不可中断的睡眠

Linux 内核将进程睡眠状态分为两类，这直接决定了系统调用是否会被信号中断：

3.5 SA_RESTART 标志：自动重试机制

为了避免应用程序频繁处理 EINTR，POSIX 提供了 SA_RESTART 标志。当使用 sigaction() 注册信号处理函数时，如果设置了 sa_flags |= SA_RESTART，内核会在信号处理函数执行完毕后，自动重新启动被中断的系统调用，而不是返回 EINTR。

struct sigaction sa;
sa.sa_handler = sigint_handler;
sigemptyset(&sa.sa_mask);
sa.sa_flags = SA_RESTART; // 自动重启被中断的系统调用

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

3.6 信号中断与 EINTR 的关系总结

• 触发条件：慢速系统调用 + 可中断睡眠状态 + 信号到达且注册了处理函数。
• 返回结果：系统调用返回 -1，errno 设置为 EINTR。
• 处理策略：应用程序应检查 errno == EINTR，并根据业务逻辑决定重试或退出。
• 优化手段：使用 SA_RESTART 标志减少手动重试代码，但不能完全替代 EINTR 检查。