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在Linux开发（尤其是嵌入式Linux）中，进程是程序运行的载体，信号是进程间通信的核心手段。无论是调试“杀不死的进程”，还是实现程序的“优雅退出”，理解进程状态和信号机制都是必备技能。本文将从基础概念到代码实战，全面解析Linux进程与信号的核心知识点。

一、Linux进程基础

1.1 进程是什么？

进程是程序的一次运行实例，是操作系统资源分配的基本单位。在嵌入式Linux中，一个Modbus主站程序、一个串口通信服务、一个GPIO控制脚本，运行后都会成为一个独立的进程，拥有唯一的PID（进程ID）。

1.2 查看进程：ps指令的两个核心用法

ps是查看进程的最常用指令，嵌入式开发中最常使用ps -aux和ps -ef，两者核心功能一致，但输出格式和来源风格不同：

指令格式	风格来源	核心区别	输出字段（关键）	嵌入式使用场景
ps -aux	BSD风格（Unix）	按CPU/内存使用率排序，含状态码、CPU占比	USER, PID, %CPU, %MEM, STAT, COMMAND	快速定位资源占用高的进程（如异常的Modbus进程）
ps -ef	SysV风格（System V）	按PID排序，含父进程PPID、启动时间	UID, PID, PPID, C, STIME, TTY, CMD	排查进程父子关系（如僵尸进程溯源）

示例输出对比：

• ps -aux输出（重点看STAT列）：

  root     2284  0.5  3.9  52336 17828 pts/0    Tl   08:25   0:00 ./001_Modbus_Master
  

• ps -ef输出（重点看PPID列）：

  root      2284  1896  0 08:25 pts/0    00:00:00 ./001_Modbus_Master
  

1.3 进程状态码全解析（嵌入式重点）

ps输出中的STAT列（BSD）/S列（SysV）是进程状态的核心标识，单个字母对应进程的运行状态，嵌入式开发中常见状态如下：

状态码	风格	核心含义	嵌入式常见场景	处理建议
R	通用	运行中/可运行	业务进程正常执行（如Modbus数据收发）	无需处理，正常状态
S	通用	可中断睡眠	等待IO（串口/网络/文件）、定时器	收到SIGTERM（kill PID）可响应退出
D	通用	不可中断睡眠	等待硬件IO（SPI/I2C/SD卡读写）	kill -9也无效，仅重启或等待IO完成
T	通用	暂停/停止	Ctrl+Z暂停、调试器附着、SIGSTOP信号	需先SIGCONT恢复，或kill -9强制终止
Z	通用	僵尸进程	子进程退出但父进程未回收资源	重启父进程或用wait()回收，避免内存泄漏
l	BSD	多线程进程	多线程Modbus/网络程序	kill PID会终止所有线程
+	BSD	前台进程	终端启动的业务程序	可通过Ctrl+C发送SIGINT

二、Linux信号

信号是Linux内核向进程发送的异步通知，用于控制进程行为（终止、暂停、继续等）。kill指令本质是向进程发送信号，如kill PID默认发送SIGTERM，kill -9 PID发送SIGKILL。

2.1 常用信号全解析（嵌入式开发重点）

信号编号	信号名称	kill参数	核心含义	嵌入式使用场景	是否可捕获/忽略
1	SIGHUP	-1/-HUP	终端挂起	串口/SSH断开时通知进程重连	是（可捕获并重连）
2	SIGINT	-2/-INT	终端中断	Ctrl+C终止前台进程	是（可捕获并优雅退出）
9	SIGKILL	-9/-KILL	强制终止	杀死顽固进程（T/Z状态）	否（内核直接终止，无法拦截）
15	SIGTERM	-15/-TERM	优雅终止	正常停止业务进程（默认kill）	是（推荐捕获并释放资源）
18	SIGCONT	-18/-CONT	继续运行	恢复暂停（T状态）的进程	是（无忽略意义）
19	SIGSTOP	-19/-STOP	强制暂停	临时暂停进程排查问题	否（无法捕获/忽略）
20	SIGTSTP	-20/-TSTP	终端暂停	Ctrl+Z暂停前台进程	是（可捕获但无需处理）
11	SIGSEGV	-11/-SEGV	段错误	程序访问非法内存（空指针/越界）	是（仅用于调试，无修复意义）

2.2 核心规则

• SIGKILL(9)和SIGSTOP(19)是“终极信号”，无法被捕获/忽略，内核直接处理；
• 暂停状态（T）的进程无法响应SIGTERM(15)，必须用SIGKILL(9)强制终止；
• 信号优先级：SIGKILL > SIGTERM > 其他信号。

三、C/C++信号示例

嵌入式开发中，我们常需要通过代码主动发送信号、捕获信号实现优雅退出、屏蔽信号避免关键操作被中断。以下是完整实战代码。

3.1 发送信号：进程间/线程间控制

3.1.1 向指定进程发送信号（kill()）

适用于父进程控制子进程、外部程序管理业务进程：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>int main() {pid_t child_pid = fork(); // 创建子进程（嵌入式多进程常用）if (child_pid == 0) {// 子进程：模拟嵌入式Modbus业务进程printf("子进程(PID:%d)：Modbus主程序运行中...\n", getpid());while (1) {sleep(1); // 模拟业务循环}} else if (child_pid > 0) {// 父进程：3秒后发送SIGTERM优雅终止子进程printf("父进程：3秒后终止子进程(PID:%d)\n", child_pid);sleep(3);// 发送SIGTERM（等价于 kill -15 PID）int ret = kill(child_pid, SIGTERM);if (ret == -1) {perror("kill失败");exit(1);}wait(NULL); // 回收子进程资源（避免僵尸进程）printf("子进程已退出\n");} else {perror("fork创建子进程失败");exit(1);}return 0;
}

3.1.2 向自身发送信号（raise()）

适用于进程自检失败时主动终止：

#include <stdio.h>
#include <signal.h>int main() {printf("进程自检中...\n");// 模拟自检失败int check_fail = 1;if (check_fail) {printf("自检失败，主动终止进程\n");raise(SIGTERM); // 等价于 kill(getpid(), SIGTERM)}return 0;
}

3.1.3 多线程场景：向指定线程发信号（pthread_kill()）

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>volatile sig_atomic_t thread_exit = 0;// 线程信号处理函数
void thread_sig_handler(int sig) {thread_exit = 1;
}void* worker_thread(void* arg) {// 线程内注册SIGUSR1信号处理struct sigaction sa;sa.sa_handler = thread_sig_handler;sigemptyset(&sa.sa_mask);sa.sa_flags = 0;sigaction(SIGUSR1, &sa, NULL);printf("工作线程(ID:%lu)运行中\n", (unsigned long)pthread_self());while (!thread_exit) {sleep(1);printf("处理Modbus请求...\n");}printf("工作线程退出\n");pthread_exit(NULL);
}int main() {pthread_t tid;pthread_create(&tid, NULL, worker_thread, NULL);// 5秒后向工作线程发送SIGUSR1sleep(5);printf("主线程：向工作线程发送终止信号\n");pthread_kill(tid, SIGUSR1);pthread_join(tid, NULL);printf("主线程退出\n");return 0;
}

3.2 捕获信号：实现优雅退出

嵌入式程序退出时需释放串口、GPIO、网络等资源，直接kill -9会导致资源泄漏，因此需捕获SIGINT/SIGTERM实现优雅退出：

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>// 原子标志位（信号/多线程安全）
volatile sig_atomic_t g_exit_flag = 0;// 信号处理函数（嵌入式要求：简洁，仅设标志位）
void sig_handler(int sig) {switch (sig) {case SIGINT:  // Ctrl+C触发case SIGTERM: // kill PID触发printf("\n捕获信号%d，准备优雅退出...\n", sig);g_exit_flag = 1;break;default:break;}
}// 嵌入式资源释放函数
void release_resources() {printf("释放Modbus串口资源...\n");printf("保存配置到Flash...\n");printf("关闭GPIO外设...\n");
}int main() {struct sigaction sa;sa.sa_handler = sig_handler;sigemptyset(&sa.sa_mask); // 处理信号时不屏蔽其他信号sa.sa_flags = 0;// 注册信号处理函数if (sigaction(SIGINT, &sa, NULL) == -1 || sigaction(SIGTERM, &sa, NULL) == -1) {perror("注册信号失败");exit(1);}printf("Modbus主程序运行中(PID:%d)\n", getpid());printf("按Ctrl+C或执行kill %d触发优雅退出\n", getpid());// 嵌入式主循环while (!g_exit_flag) {printf("处理Modbus请求...\n");sleep(1);}// 释放资源（核心步骤）release_resources();printf("程序优雅退出\n");return 0;
}

关键注意事项：

• 信号处理函数禁止调用malloc/free/fopen等“不可重入函数”，仅做“设置标志位”；
• 标志位必须用volatile sig_atomic_t，保证信号上下文与主循环的数据一致性；
• SIGKILL(9)无法捕获，因此优先用kill PID（SIGTERM）触发优雅退出。

3.3 控制信号：忽略、屏蔽、恢复默认

3.3.1 忽略信号（如屏蔽Ctrl+C）

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>int main() {struct sigaction sa;sa.sa_handler = SIG_IGN; // SIG_IGN = 忽略信号sigemptyset(&sa.sa_mask);sa.sa_flags = 0;// 忽略SIGINT（Ctrl+C无效）sigaction(SIGINT, &sa, NULL);printf("SIGINT已忽略，按Ctrl+C无效（10秒后退出）\n");sleep(10);return 0;
}

3.3.2 恢复信号默认处理

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>void sig_handler(int sig) {printf("捕获SIGINT，5秒后恢复默认处理\n");sleep(5);// 恢复默认行为（Ctrl+C直接终止）struct sigaction sa;sa.sa_handler = SIG_DFL; // SIG_DFL = 默认处理sigemptyset(&sa.sa_mask);sa.sa_flags = 0;sigaction(SIGINT, &sa, NULL);printf("再次按Ctrl+C将终止程序\n");
}int main() {struct sigaction sa;sa.sa_handler = sig_handler;sigemptyset(&sa.sa_mask);sa.sa_flags = 0;sigaction(SIGINT, &sa, NULL);printf("程序运行中，按Ctrl+C测试...\n");while (1) { sleep(1); }return 0;
}

3.3.3 临时屏蔽信号（嵌入式关键操作场景）

执行Flash写入、关键Modbus指令发送等操作时，需屏蔽信号避免中断：

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>int main() {sigset_t mask;sigemptyset(&mask);// 添加要屏蔽的信号sigaddset(&mask, SIGINT);sigaddset(&mask, SIGTERM);printf("执行Flash数据写入（屏蔽信号）...\n");// 屏蔽信号sigprocmask(SIG_BLOCK, &mask, NULL);// 模拟关键操作（5秒）sleep(5);printf("关键操作完成，恢复信号响应\n");// 解除屏蔽sigprocmask(SIG_UNBLOCK, &mask, NULL);printf("程序继续运行，按Ctrl+C可终止\n");while (1) { sleep(1); }return 0;
}

四、嵌入式Linux开发注意事项

1. 防僵尸进程：子进程退出后，父进程必须调用wait()/waitpid()回收资源，否则会变成僵尸进程（Z状态）；
2. 信号处理轻量化：嵌入式CPU/内存资源有限，信号处理函数禁止耗时操作；
3. 不可中断睡眠（D状态）：多因硬件驱动/IO阻塞导致，需检查外设连接（如SD卡、传感器），或重启开发板；
4. 多线程信号：主线程注册的信号处理函数对所有线程生效，线程级屏蔽用pthread_sigmask()而非sigprocmask()。