從Linux 0 11核心看Linux訊號處理機制

摘要：

訊號處理機制是unix作業系統的一大特點。本文以linux0.11訊號處理相關原始碼為例，針對幾個細節對訊號處理的整個流程進行描述，力求簡單明瞭，參考趙炯博士的《linux核心完全剖析》和潘曉雷的《linux0.11原始碼分析》。

所謂訊號，是一種軟中斷機制，是實現程序間非同步通訊的手段。訊號的傳送和處理是非同步的，程序並不知道什麼時候會收到訊號。訊號同中斷很像，不同的訊號對應不同的訊號型別，並且對應不同的訊號型別有相應的訊號處理函式和訊號遮蔽位。

程式錯誤：除零，非法記憶體訪問…

外部訊號：終端ctrl-c產生sgint訊號，定時器到期產生sigalrm…

顯式請求：kill函式允許程序傳送任何訊號給其他程序或程序組。

在linux下，可以通過以下命令檢視系統所有的訊號：

kill -l

可以通過類似下面的命令顯式的給乙個程序傳送乙個訊號：

kill -2 pid

忽略訊號：大部分訊號可被忽略，除sigstop和sigkill訊號外（這是超級使用者殺掉或停掉任意程序的手段）。

捕獲訊號：註冊訊號處理函式，它對產生的特定訊號做處理。

讓訊號預設動作起作用：unix核心定義的預設動作，有5種情況：

a) abort：終止程序並產生core檔案。

b) stop：終止程序但不生成core檔案。

c) 忽略：忽略訊號。

d) suspend：掛起程序。

e) continue：若程序是掛起的，則resume程序，否則忽略此訊號。

當前程序由於系統呼叫、中斷或異常而進入核心態以後，從核心態返回到使用者態之前。

當前程序在核心中進入睡眠以後剛被喚醒的時候（必定是在系統呼叫中），或者由於不可忽略訊號的存在而提前返回到使用者空間。

用於儲存訊號資訊的結構體

struct sigaction ;

程序結構體重關於訊號的定義

do_signal()函式引數為核心態堆疊中的內容

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)
if (sa->sa_flags & sa_oneshot)
sa->sa_handler = null;
*(&eip) = sa_handler;
longs = (sa->sa_flags & sa_nomask)?7:8;
*(&esp) -= longs;
verify_area(esp,longs*4);
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;
}

對核心態堆疊的修改

通過上述內容，可以看到作業系統在檢測到有訊號傳入時，首先把核心堆疊中存放返回執行點的eip（指令暫存器）儲存為old_eip，然後將eip替換為訊號處理函式的位址，然後將核心中儲存的「原esp」（即使用者態棧位址）減去一定的值，目的是擴大使用者態的棧，然後將核心棧上的內容儲存到使用者棧上。

之所以把eip的值設定成訊號處理函式的位址，是因為一旦程序返回使用者態，就要去執行訊號處理程式，所以eip要指向訊號處理程式而不是原來應該執行的位址。

在前面介紹sigaction資料結構的時候出現了訊號活動恢復函式指標sa_restroer，該指標主要用於使用者態堆疊的清理，把系統呼叫後的返回值eax和暫存器ecx,edx以及標誌暫存器eflags彈出，完全恢復系統呼叫後各暫存器和cpu的狀態，最後通過ret指令彈出原使用者程式的eip（即堆疊中的old_eip）,返回執行使用者程式。

但是在linux核心**中，並沒有給出此函式的具體定義，檢視相關資料，在linux的libc函式庫中定義有函式如下

編譯程式在編譯連線使用者自定義的訊號處理函式時，會將sa_restorer()函式插入到使用者程式中。這樣，使用者在處理完自定義的訊號處理函式後，就會繼續執行使用者**了。、

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Linux 0 11 核心筆記

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Linux 0 11核心編譯問題

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