Linux内核-内核信号处理函数

sigaction结构体

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// 下面是 sigaction 的数据结构。 
 // sa_handler 是对应某信号指定要采取的行动。可以是上面的 SIG_DFL，或者是 SIG_IGN 来忽略 
 // 该信号，也可以是指向处理该信号的一个指针。 
 // sa_mask 给出了对信号的屏蔽码，在信号程序执行时将阻塞对这些信号的处理。 
 // sa_flags 指定改变信号处理过程的信号集。它是由 37-39 行的位标志定义的。 
 // 另外，引起触发信号处理的信号也将被阻塞，除非使用了 SA_NOMASK 标志。
struct sigaction {
    void (*sa_handler)(int);
    sigset_t sa_mask;
    int sa_flags;
    void (*sa_restorer)(void);
};

do_signal

它的核心作用是：在进程即将从内核态返回用户态的前夕，检查并处理该进程收到的待处理信号。

它不直接对应任何一个系统调用 。它是由所有的系统调用（以及中断/异常）在返回用户态时统一调用的"钩子函数"。

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 // 系统调用中断处理程序中真正的信号处理程序（在 kernel/system_call.s,119 行）。 
 // 该段代码的主要作用是将信号的处理句柄插入到用户程序堆栈中，并在本系统调用结束 
 // 返回后立刻执行信号句柄程序，然后继续执行用户的程序。
/**
 * @brief 处理信号中断
 * 
 * @param signr 信号值
 * @param eax 通常用来执行加法，函数调用的返回值一般也放在这里面
 * @param ebx 数据存取
 * @param ecx 通常用来作为计数器，如for循环
 * @param edx 读写I/O端口时，edx用来存放端口号
 * @param fs 文件数据段
 * @param es 扩展数据段
 * @param ds 数据段
 * @param eip 指令寄存器
 * @param cs 代码段
 * @param eflags 标志寄存器
 * @param esp 栈顶指针
 * @param ss 栈段
 */
void do_signal(long signr,long eax, long ebx, long ecx, long edx,
    long fs, long es, long ds,
    long eip, long cs, long eflags,
    unsigned long * esp, long ss)

决策信号处理函数的执行

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    unsigned long sa_handler;
    long old_eip=eip;
    struct sigaction * sa = current->sigaction + signr - 1;
    int longs;
    unsigned long * tmp_esp;

    sa_handler = (unsigned long) sa->sa_handler;
    if (sa_handler==1)  //如果信号处理程序为可忽略的就直接返回
        return;
    if (!sa_handler) {
        if (signr==SIGCHLD)  //如果信号处理为默认并且信号是SIGCHLD则返回
            return;
        else
            do_exit(1<<(signr-1)); //如果不是SIGCHLD直接终止进程
    }

在这里的struct sigaction * sa = current->sigaction + signr - 1;可以看出sigaction指向的是对应触发的信号的sigaction，sigaction在task_struct结构体里面定义的是一个数组：struct sigaction sigaction[32]; // 信号执行属性结构，对应信号将要执行的操作和标志信息

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#define SIG_DFL        ((void (*)(int))0)    /* default signal handling */  // 默认的信号处理程序（信号句柄）
#define SIG_IGN        ((void (*)(int))1)    /* ignore signal */            // 忽略信号的处理程序

对于sa_handler，如果是可忽略的就直接返回，说明没有什么需要做的
如果是sa_handler是默认，那么就会分情况讨论：如果是收到了SIGCHLD那么也什么都不做直接退出。如果是其他信号那么就直接终止进程。

POSIX 标准为每个信号规定了默认行为。绝大多数信号的默认行为都是 "终止进程（Terminate）" ，但有几个特殊信号默认是 "忽略（Ignore）" ，其中最重要的就是 SIGCHLD 。在这里传入 1 << (signr-1)（即信号编号对应的位掩码），是为了告诉父进程（通过 wait() 系统调用）：该子进程不是正常退出，而是因为收到了某个未捕获的信号而终止的。

修改用户态执行流

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    if (sa->sa_flags & SA_ONESHOT)
        sa->sa_handler = NULL;
    *(&eip) = sa_handler;// 将用户调用系统调用的代码指针 eip 指向该信号处理句柄。
    longs = (sa->sa_flags & SA_NOMASK)?7:8;
    *(&esp) -= longs;
    verify_area(esp,longs*4);

这里先是判断信号处理函数是否是一次性的，如果是一次性的就会把这个信号处理句柄置空

然后将用户的eip指针指向信号处理程序 ，并且在用户栈中为这块程序分配堆栈空间，这里可以看出信号处理程序是运行在用户态空间的，在函数结束后就会去执行信号处理程序

如果使用了SA_NOMASK则表示在进行当前信号处理程序时候该信号不会被阻塞 ，默认是会被阻塞的

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// 在用户堆栈中从下到上存放 sa_restorer, 信号 signr, 屏蔽码 blocked(如果 SA_NOMASK 置位), 
    // eax, ecx, edx, eflags 和用户程序原代码指针
    tmp_esp=esp;
    put_fs_long((long) sa->sa_restorer,tmp_esp++);
    put_fs_long(signr,tmp_esp++);
    if (!(sa->sa_flags & SA_NOMASK))
        put_fs_long(current->blocked,tmp_esp++);
    put_fs_long(eax,tmp_esp++);
    put_fs_long(ecx,tmp_esp++);
    put_fs_long(edx,tmp_esp++);
    put_fs_long(eflags,tmp_esp++);
    put_fs_long(old_eip,tmp_esp++);
    current->blocked |= sa->sa_mask;

接着就会去设置信号处理函数的栈结构，放入各种寄存器信息和状态寄存器，以及原本用户程序的中断指针

sa_restorer是信号处理程序结束之后跳转到执行的程序，sa_restorer 里通常只有一条核心指令------触发 int 0x80，调用 sys_sigreturn。

sys_signal

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// signal()系统调用。类似于 sigaction()。为指定的信号安装新的信号句柄(信号处理程序)。 
 // 信号句柄可以是用户指定的函数，也可以是 SIG_DFL（默认句柄）或 SIG_IGN（忽略）。 
 // 参数 signum --指定的信号；handler -- 指定的句柄；restorer -- [??] 
 // 函数返回原信号句柄。
 /**
  * @brief 为指定的信号安装新的信号句柄（信号处理程序）
  * 
  * @param signum 信号值（指定的信号）
  * @param handler 指定的句柄
  * @param restorer 指定的恢复句柄
  * @return int 返回当前任务的指定信号处理句柄（？？返回原信号句柄）
  */
int sys_signal(int signum, long handler, long restorer)
{
    struct sigaction tmp;

    if (signum<1 || signum>32 || signum==SIGKILL)
        return -1;
    tmp.sa_handler = (void (*)(int)) handler;        // 指定的信号处理句柄
    tmp.sa_mask = 0;                                // 执行时的信号屏蔽码
    tmp.sa_flags = SA_ONESHOT | SA_NOMASK;            // 该句柄只使用 1 次后就恢复到默认值
    tmp.sa_restorer = (void (*)(void)) restorer;    // 指定信号恢复句柄
    handler = (long) current->sigaction[signum-1].sa_handler;
    current->sigaction[signum-1] = tmp;
    return handler;
}

sys_signal为指定信号安装新的信号处理函数，并且返回设置前的信号处理句柄

sys_sigaction

改变一个进程在受到信号时的操作

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**
 * @brief 改变进程在收到一个信号时的操作
 * 
 * @param signum 除了 SIGKILL 以外的任何信号
 * @param action 新的信号操作结构体
 * @param oldaction 保存原始action
 * @return int success-0, fail-1
 */
int sys_sigaction(int signum, const struct sigaction * action,
    struct sigaction * oldaction)
{
    struct sigaction tmp;

    if (signum<1 || signum>32 || signum==SIGKILL)
        return -1;
    tmp = current->sigaction[signum-1];
    get_new((char *) action,
        (char *) (signum-1+current->sigaction));
    if (oldaction)
        save_old((char *) &tmp,(char *) oldaction);
    if (current->sigaction[signum-1].sa_flags & SA_NOMASK)
        current->sigaction[signum-1].sa_mask = 0;
    else
        current->sigaction[signum-1].sa_mask |= (1<<(signum-1));
    return 0;
}

将新的action替换调原来task_struct中对应信号的sigaction