【Linux 0.12】内核代码——信号

Linux学习

内核代码

signal.c 程序

类 UNIX 系统中，信号是软中断处理机制。早期 UNIX 内核中信号处理的方式并不可靠，信号可能被丢失，在运行特定代码时不能屏蔽某个指定信号等等。

内核代码中通常使用一个无符号长整型（32 bit）的数据来表示信号。因此，最多可以表示 32 个不同的信号。在 Linux 0.12 版本中，定义了 22 种信号。其中 20 个信号是 POSIX.1 标准中规定的所有信号，另外两种是 Linux 的专用信号：SIGUNUSED（未定义） 和 SIGSTKFLT（堆栈错）。信号的具体名称和定义可以参阅 include/signal.h 头文件。

对于进程来说，收到一个信号时，可以有三种处理或者操作方式：

  1. 忽略信号：大多数信号都可以被进程忽略，除了 SIGKILL 和 SIGSTOP。原因是必须给超级用户提供一个确定的方法来终止或停止任何进程。此外，如果忽略了某些硬件异常的信号，则系统将变得不正常。
  2. 捕获信号：事先告诉内核，在信号发生时调用用户自行编写的信号处理函数。
  3. 执行默认操作：内核为每一种信号都定义了默认操作。通常情况下默认操作就是终止运行。

三个系统调用函数：

  • sys_ssetmask() ：设置进程信号阻塞码
  • sys_sgetmask() ：获取进程信号阻塞码
  • sys_signal() ：信号处理系统调用
  • sys_sigaction() ：为指定的信号安装新的信号句柄

signal() 函数和 sigaction() 函数

signal() 和 sigaction() 的功能类似，都用于更改默认的信号处理函数。signal() 在特殊时刻可能会导致信号丢失。（因为 signal() 函数注册的处理函数在被调用一次后会复原。在重新设置之前可能会有新的信号发生，但是没被捕获）

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int sigaction(int sig, struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);
... ...
    
struct  sigaction {
	union __sigaction_u __sigaction_u;  /* signal handler */
	sigset_t sa_mask;               /* signal mask to apply */
	int     sa_flags;               /* see signal options below */
};
  • act 不为空时，可以根据传入的 act 修改信号的行为。
  • oldact 不为空时，会返回结构体中原来信号的设置信息。

act.sa_mask 标注了一些信号位。这表示，当信号来临，执行 sigaction 注册的处理函数时，会暂时屏蔽 act.sa_mask 标注的信号。

do_signal() 函数

do_signal() 函数是是一个系统调用的中断服务程序。它的功能是将信号的处理句柄插入到用户程序的用户态堆栈中。这样在当前系统调用结束后，就会立刻执行信号句柄程序。（位于 kernel/signal.c）

用户态程序使用系统调用进入内核时，该进程的内核态堆栈上会自动压入上下文（context）：

  • 用户程序的 ss 和 esp
  • 用户态程序的 cs 和 eip（系统调用完成后，下一条要执行的指令）
  • 其他信息：用户态的 eflags

当处理完系统调用后，将准备调用 do_signal() 函数处理信号。所以 do_signal() 函数的参数实际上是内核态的栈数据。

  1. 处理默认句柄：如果当前信号的 handler 是 SIG_IGN，则直接忽略；如果是 SIG_DFL，则调用 exit 退出。

  2. 如果该句柄信号只需要使用一次，则将该句柄置为空（SIG_DFL）

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    if (sa->sa_flags & SA_ONESHOT)
    		sa->sa_handler = NULL;

  3. 将用户调用系统调用的代码指针 eip 指向信号处理句柄

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    *(&eip) = sa_handler;

    这里的 eip 是从用户态切换到内核态时，位于内核态堆栈的自动保存的上下文环境里的 eip，并不是直接修改拥护态的 eip。当从内核态返回拥护态时，内核态堆栈里保存的这些数据会被写入寄存器中。

  4. 将内核态保存的原 esp 的值减去 7或8 个 long （28 或 32 字节）的值，并将一些参数压入用户态堆栈。

    **目的是：让程序返回用户态之后，去执行信号的处理函数 handler **

    （个人理解：用户注册的处理函数 handler 位于用户态，所以在程序返回用户态之后再去执行处理函数。）

    压入用户态堆栈的参数包括 handler 的参数，以及旧的 用户态 eip。排布方法参考栈溢出。

关于信号活动的恢复函数 sa_restorer

当前程序的 sigaction 结构体中，有一个函数指针 sa_restorer，主要作用是在信号处理程序结束之后，恢复用户程序执行系统调用后的和一些寄存器函数，并清除作为信号处理程序参数的信号值 signr。

sa_restorer 函数在信号处理程序之后执行，说明这个函数的定义也位于用户态。事实上，它有由函数库提供。在 lib-2.2.2 函数库的 misc/ 目录下有它的定义。

sa_restorer 函数存在的意义是，让程序看起来好像就是直接从系统调用中返回的，而不是中间又插入了对信号的处理。

exit.c 程序

该程序主要描述了：进程（任务）的终止和退出的相关事宜。

似乎没有在 do_exit() 系统调用中找到 atexit 相关的内容。