Linux内核信号处理

在Linux内核中，信号处理是一个复杂的过程，涉及用户态和内核态的交互。以下是信号处理的详细流程，结合代码和注释进行说明。

1. 信号处理的整体流程

信号处理的流程可以分为以下几个步骤：

信号产生：内核或用户程序发送信号。
信号传递：内核将信号添加到目标进程的信号队列中。
信号检查：在进程从内核态返回到用户态时，内核检查是否有未处理的信号。
信号处理：
- 如果进程注册了信号处理函数，内核会调用该函数。
- 如果没有注册处理函数，内核会执行默认行为（如终止进程、忽略信号等）。
信号处理完成：进程返回到被信号打断的代码位置继续执行。

2. 信号处理的代码实现

以下是Linux内核中信号处理的核心代码片段，结合注释进行说明。

（1）信号传递

当内核需要向进程发送信号时，会调用send_signal()函数。

// kernel/signal.c
static int send_signal(int sig, struct kernel_siginfo *info, struct task_struct *t, int group)
{struct sigpending *pending;struct sigqueue *q;// 获取目标进程的信号队列pending = group ? &t->signal->shared_pending : &t->pending;// 分配一个信号队列项q = __sigqueue_alloc(sig, t, GFP_ATOMIC, override_rlimit);// 将信号添加到队列中sigaddset(&pending->signal, sig);list_add_tail(&q->list, &pending->list);// 唤醒进程（如果进程处于可中断睡眠）signal_wake_up(t, sig == SIGKILL);return 0;
}

send_signal()：将信号添加到目标进程的信号队列中。
signal_wake_up()：如果进程处于可中断睡眠状态，唤醒进程。

（2）信号检查

在进程从内核态返回到用户态时，内核会调用do_signal()函数检查是否有未处理的信号。

// arch/x86/kernel/signal.c
void do_signal(struct pt_regs *regs)
{struct ksignal ksig;// 检查是否有未处理的信号if (get_signal(&ksig)) {// 如果有信号，处理信号handle_signal(&ksig, regs);return;}// 如果没有信号，恢复执行restore_saved_sigmask();
}

get_signal()：从信号队列中获取一个未处理的信号。
handle_signal()：调用用户注册的信号处理函数。

（3）信号处理

如果进程注册了信号处理函数，内核会调用handle_signal()函数。

// arch/x86/kernel/signal.c
static void handle_signal(struct ksignal *ksig, struct pt_regs *regs)
{// 设置用户态的信号处理函数regs->ip = (unsigned long) ksig->ka.sa.sa_handler;regs->sp = (unsigned long) ksig->ka.sa.sa_restorer;// 切换到用户态执行信号处理函数return;
}

regs->ip：设置指令指针（IP）为信号处理函数的地址。
regs->sp：设置栈指针（SP）为信号处理函数的栈。

（4）信号处理完成

信号处理函数执行完毕后，进程会返回到被信号打断的代码位置继续执行。

// arch/x86/kernel/signal.c
void sys_rt_sigreturn(void)
{// 恢复被信号打断的上下文restore_sigcontext(&current->thread.regs);// 返回到用户态继续执行return;
}

restore_sigcontext()：恢复被信号打断的寄存器上下文。
sys_rt_sigreturn()：返回到用户态继续执行。

3. 信号处理的场景和影响

（1）场景1：进程正在运行

场景：进程正在执行用户态代码，突然收到信号（如SIGINT）。
流程：
1. 内核将信号添加到进程的信号队列中。
2. 进程从内核态返回到用户态时，检查到未处理的信号。
3. 内核调用用户注册的信号处理函数。
4. 信号处理函数执行完毕后，进程返回到被信号打断的代码位置继续执行。
影响：进程的执行被信号打断，但会继续执行。

（2）场景2：进程处于可中断睡眠

场景：进程正在等待I/O操作（如read()），突然收到信号（如SIGTERM）。
流程：
1. 内核将信号添加到进程的信号队列中。
2. 内核唤醒进程，并将其状态设置为TASK_RUNNING。
3. 进程从内核态返回到用户态时，检查到未处理的信号。
4. 内核调用用户注册的信号处理函数。
5. 信号处理函数执行完毕后，进程返回到被信号打断的代码位置继续执行。
影响：进程被信号唤醒，I/O操作可能被中断。

（3）场景3：进程处于不可中断睡眠

场景：进程正在等待硬件I/O操作（如磁盘读写），突然收到信号（如SIGKILL）。
流程：
1. 内核将信号添加到进程的信号队列中。
2. 由于进程处于不可中断睡眠状态，信号不会唤醒进程。
3. 进程继续等待硬件I/O操作完成。
4. 硬件I/O操作完成后，进程被唤醒并处理信号。
影响：信号不会立即生效，进程必须等待硬件操作完成。