How are asynchronous signal handlers executed on Linux?

在Linux系统中，异步信号处理程序是通过信号机制来执行的。信号是一种软件中断，用于处理异步事件（比如用户按下Ctrl+C，或者一个程序试图对一个没有权限的内存区域进行写操作）。信号处理程序，也被称为信号处理器或信号捕捉函数，是一个函数，用于响应特定信号的到来。

1. 信号的注册

首先，程序需要向操作系统注册一个特定的函数来处理特定的信号。这通常是通过调用signal或更先进的sigaction系统调用来完成的。例如：

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

void signal_handler(int signum) {
    printf("Received signal %d\n", signum);
}

int main() {
    signal(SIGINT, signal_handler);
    while (1) {
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

在这个例子中，程序注册了一个信号处理函数signal_handler来处理SIGINT信号（通常由Ctrl+C产生）。

2. 信号的处理

一旦注册了信号处理函数，当信号发生时，操作系统会中断程序的正常流程来执行指定的信号处理函数。执行信号处理程序的过程，操作系统通常会设置特定的栈（称为信号栈），以避免干扰程序的主栈，尤其是当信号处理需要较多栈空间时。

3. 信号的行为

信号可以有不同的行为模式：

• 默认行为：大多数信号的默认行为是终止进程。
• 忽略：信号也可以被设置为被忽略。
• 自定义处理：如上例所示，可以为信号提供自定义处理函数。

4. 异步和同步信号

信号可以是异步的，比如由操作系统外部事件（如键盘中断）触发的信号，也可以是同步的，如由程序错误（如除零错误）触发的信号。

5. 注意事项

在信号处理程序中，应该尽量避免执行可能不是异步信号安全的操作，比如标准输入输出操作、内存分配等，因为这些操作可能会与程序的主线程产生竞态条件。

总的来说，信号处理提供了一种处理异步事件的机制，允许程序在面对诸如外部中断等不可预见事件时，能够优雅地响应和处理。在设计信号处理程序时，应确保信号处理程序的执行速度快且不会阻塞，以避免影响程序的正常执行流程。