Linux C 信號同步利器：sigsuspend 原子性等待與信號遞送流程分析

為什麼需要 sigsuspend？

傳統 pause() 存在競態條件：「檢查條件 → 呼叫 pause()」間隙若信號到達，將導致永久阻塞。sigsuspend() 提供原子性的「暫時替換信號屏蔽集並等待信號」操作，完美解決此問題。

函數原型與語意

#include <signal.h>

int sigsuspend(const sigset_t *mask);
// 1. 將進程信號屏蔽集暫時替換為 mask 指向的集合
// 2. 進程掛起，等待信號
// 3. 捕捉到信號並執行處理函數返回後，恢復原屏蔽集
// 4. 回傳 -1，設定 errno = EINTR（永遠「失敗」返回，實為正常）

完整範例：安全等待 SIGINT

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

void check_set(const char *stage) {
    sigset_t set;
    sigprocmask(0, NULL, &set);
    printf("[%s] Blocked: SIGINT=%d SIGTSTP=%d SIGTERM=%d\n",
           stage,
           sigismember(&set, SIGINT),
           sigismember(&set, SIGTSTP),
           sigismember(&set, SIGTERM));
}

void handler(int sig) {
    printf("[Handler] Caught signal %d\n", sig);
}

int main() {
    sigset_t block_set, zero_set, pend_mask;
    pid_t pid = getpid();

    printf("PID: %ld\n", (long)pid);

    // 1. 註冊處理函數
    signal(SIGINT, handler);

    // 2. 準備信號集
    sigemptyset(&block_set);
    sigemptyset(&zero_set);
    sigaddset(&block_set, SIGINT);  // 要阻塞的信號

    // 3. 設定屏蔽集：阻塞 SIGINT
    sigprocmask(SIG_SETMASK, &block_set, NULL);
    check_set("After SIG_BLOCK");

    // 4. 檢查待決信號
    sigpending(&pend_mask);
    if (sigismember(&pend_mask, SIGINT))
        printf("SIGINT pending before sigsuspend\n");

    // 5. 原子性等待：暫時解除阻塞並休眠
    printf("Calling sigsuspend()...\n");
    if (sigsuspend(&zero_set) != -1) {
        printf("sigsuspend unexpected return\n");
        exit(1);
    }

    // 6. 返回點：信號處理函數已執行完畢
    printf("[Main] After sigsuspend return\n");
    check_set("After return");

    // 7. 恢復原始屏蔽集
    sigprocmask(SIG_SETMASK, &block_set, NULL);  // 這裡示範恢復阻塞
    printf("SIGINT unblocked\n");

    return 0;
}

執行流程圖解

初始狀態：屏蔽集 = {SIGINT}
    │
    ├─ sigsuspend(&zero_set)  ← zero_set = {}
    │       │
    │       ├─ 核心：屏蔽集暫存為 {}（SIGINT 解除阻塞）
    │       ├─ 進程睡眠
    │       │
    │       ├─ 【外部送 SIGINT (Ctrl+C)】
    │       │       │
    │       │       ├─ 核心：信號遞送，喚醒進程
    │       │       ├─ 進程：執行 handler()
    │       │       └─ handler 返回
    │       │
    │       └─ 核心：恢復屏蔽集為 {SIGINT}
    │
    └─ sigsuspend 返回 -1 (EINTR)
        進程繼續執行後續程式碼

關鍵特性總結

實戰模式：事件迴圈範本

volatile sig_atomic_t got_signal = 0;

void handler(int sig) { got_signal = 1; }

int main() {
    sigset_t block_mask, wait_mask;
    sigemptyset(&block_mask);
    sigaddset(&block_mask, SIGINT);
    sigprocmask(SIG_BLOCK, &block_mask, NULL);  // 主迴圈阻塞 SIGINT

    sigemptyset(&wait_mask);  // 等待時完全開放

    signal(SIGINT, handler);

    while (!got_signal) {
        // 做些工作...
        printf("Working...\n");
        sleep(1);

        // 安全等待：若這期間有 SIGINT，會立即喚醒
        sigsuspend(&wait_mask);
    }

    printf("Signal received, exiting gracefully\n");
    return 0;
}

常見錯誤與修正

延伸閱讀

• sigprocmask 信號屏蔽操作詳解
• 信號處理潛在危險與 SA_RESTART
• man 2 sigsuspend、man 7 signal-safety