Linux信号机制

前面介绍了信号的基本概念&＃xff0c;在这一节中&＃xff0c;我们将介绍内核如何实现信号机制。即内核如何向一个进程发送信号、进程如何接收一个信号、进程怎样控制自己对信号的反应、内核在什么时机处理和怎样处理进程收到的信号。还要介绍一下setjmp和longjmp在信号中起到的作用。 

1、内核对信号的基本处理方法 
内核给一个进程发送软中断信号的方法&＃xff0c;是在进程所在的进程表项的信号域设置对应于该信号的位。这里要补充的是&＃xff0c;如果信号发送给一个正在睡眠的进程&＃xff0c;那么要看 该进程进入睡眠的优先级&＃xff0c;如果进程睡眠在可被中断的优先级上&＃xff0c;则唤醒进程&＃xff1b;否则仅设置进程表中信号域相应的位&＃xff0c;而不唤醒进程。这一点比较重要&＃xff0c;因为进程检 查是否收到信号的时机是&＃xff1a;一个进程在即将从内核态返回到用户态时&＃xff1b;或者&＃xff0c;在一个进程要进入或离开一个适当的低调度优先级睡眠状态时。 

内核处理一个进程收到的信号的时机是在一个进程从内核态返回用户态时。所以&＃xff0c;当一个进程在内核态下运行时&＃xff0c;软中断信号并不立即起作用&＃xff0c;要等到将返回用户态时才处理。进程只有处理完信号才会返回用户态&＃xff0c;进程在用户态下不会有未处理完的信号。 

内 核处理一个进程收到的软中断信号是在该进程的上下文中&＃xff0c;因此&＃xff0c;进程必须处于运行状态。前面介绍概念的时候讲过&＃xff0c;处理信号有三种类型&＃xff1a;进程接收到信号后退 出&＃xff1b;进程忽略该信号&＃xff1b;进程收到信号后执行用户设定用系统调用signal的函数。当进程接收到一个它忽略的信号时&＃xff0c;进程丢弃该信号&＃xff0c;就象没有收到该信号似 的继续运行。如果进程收到一个要捕捉的信号&＃xff0c;那么进程从内核态返回用户态时执行用户定义的函数。而且执行用户定义的函数的方法很巧妙&＃xff0c;内核是在用户栈上创 建一个新的层&＃xff0c;该层中将返回地址的值设置成用户定义的处理函数的地址&＃xff0c;这样进程从内核返回弹出栈顶时就返回到用户定义的函数处&＃xff0c;从函数返回再弹出栈顶时&＃xff0c; 才返回原先进入内核的地方。这样做的原因是用户定义的处理函数不能且不允许在内核态下执行&＃xff08;如果用户定义的函数在内核态下运行的话&＃xff0c;用户就可以获得任何权 限&＃xff09;。 

在信号的处理方法中有几点特别要引起注意&＃xff1a;

第一&＃xff0c;在一些系统中&＃xff0c;当一个进程处理完中断信号返回用户态之前&＃xff0c;内核清除用户区中设 定的对该信号的处理例程的地址&＃xff0c;即下一次进程对该信号的处理方法又改为默认值&＃xff0c;除非在下一次信号到来之前再次使用signal系统调用。这可能会使得进程 在调用signal之前又得到该信号而导致退出。在BSD中&＃xff0c;内核不再清除该地址。但不清除该地址可能使得进程因为过多过快的得到某个信号而导致堆栈溢 出。为了避免出现上述情况。在BSD系统中&＃xff0c;内核模拟了对硬件中断的处理方法&＃xff0c;即在处理某个中断时&＃xff0c;阻止接收新的该类中断。 

第二个要 引起注意的是&＃xff0c;如果要捕捉的信号发生于进程正在一个系统调用中时&＃xff0c;并且该进程睡眠在可中断的优先级上&＃xff0c;这时该信号引起进程作一次longjmp&＃xff0c;跳出睡眠 状态&＃xff0c;返回用户态并执行信号处理例程。当从信号处理例程返回时&＃xff0c;进程就象从系统调用返回一样&＃xff0c;但返回了一个错误代码&＃xff0c;指出该次系统调用曾经被中断。这要注 意的是&＃xff0c;BSD系统中内核可以自动地重新开始系统调用。 

第三个要注意的地方&＃xff1a;若进程睡眠在可中断的优先级上&＃xff0c;则当它收到一个要忽略的信号时&＃xff0c;该进程被唤醒&＃xff0c;但不做longjmp&＃xff0c;一般是继续睡眠。但用户感觉不到进程曾经被唤醒&＃xff0c;而是象没有发生过该信号一样。 

第 四个要注意的地方&＃xff1a;内核对子进程终止&＃xff08;SIGCLD&＃xff09;信号的处理方法与其他信号有所区别。当进程检查出收到了一个子进程终止的信号时&＃xff0c;缺省情况下&＃xff0c;该进程 就象没有收到该信号似的&＃xff0c;如果父进程执行了系统调用wait&＃xff0c;进程将从系统调用wait中醒来并返回wait调用&＃xff0c;执行一系列wait调用的后续操作&＃xff08;找 出僵死的子进程&＃xff0c;释放子进程的进程表项&＃xff09;&＃xff0c;然后从wait中返回。SIGCLD信号的作用是唤醒一个睡眠在可被中断优先级上的进程。如果该进程捕捉了这个 信号&＃xff0c;就象普通信号处理一样转到处理例程。如果进程忽略该信号&＃xff0c;那么系统调用wait的动作就有所不同&＃xff0c;因为SIGCLD的作用仅仅是唤醒一个睡眠在可被 中断优先级上的进程&＃xff0c;那么执行wait调用的父进程被唤醒继续执行wait调用的后续操作&＃xff0c;然后等待其他的子进程。 

如果一个进程调用signal系统调用&＃xff0c;并设置了SIGCLD的处理方法&＃xff0c;并且该进程有子进程处于僵死状态&＃xff0c;则内核将向该进程发一个SIGCLD信号。 

2、setjmp和longjmp的作用 
前面在介绍信号处理机制时&＃xff0c;多次提到了setjmp和longjmp&＃xff0c;但没有仔细说明它们的作用和实现方法。这里就此作一个简单的介绍。 

在 介绍信号的时候&＃xff0c;我们看到多个地方要求进程在检查收到信号后&＃xff0c;从原来的系统调用中直接返回&＃xff0c;而不是等到该调用完成。这种进程突然改变其上下文的情况&＃xff0c;就是 使用setjmp和longjmp的结果。setjmp将保存的上下文存入用户区&＃xff0c;并继续在旧的上下文中执行。这就是说&＃xff0c;进程执行一个系统调用&＃xff0c;当因为资 源或其他原因要去睡眠时&＃xff0c;内核为进程作了一次setjmp&＃xff0c;如果在睡眠中被信号唤醒&＃xff0c;进程不能再进入睡眠时&＃xff0c;内核为进程调用longjmp&＃xff0c;该操作是内核 为进程将原先setjmp调用保存在进程用户区的上下文恢复成现在的上下文&＃xff0c;这样就使得进程可以恢复等待资源前的状态&＃xff0c;而且内核为setjmp返回1&＃xff0c;使 得进程知道该次系统调用失败。这就是它们的作用。