Linux Signal实现代码分析

本文介绍了Linux信号处理的基本流程。关于信号处理的具体细节可以看ULK第三版第11章。

1. 基本数据结构

1.1 task_struct中信号相关的域

struct signal_struct * signal; // Pointer to the process"s signal descriptorstruct sighand_struct * sighand; // Pointer to the process"s signal handler descriptorsigset_t blocked; // Mask of blocked signalssigset_t real_blocked; // Temporary mask of blocked signals （used by the // rt_sigtimedwait（） system call）struct sigpending pending; // Data structure storing the private pending signalsunsigned long sas_ss_sp; // Address of alternative signal handler stacksize_t sas_ss_size; // Size of alternative signal handler stackint （*）（void *） notifier; // Pointer to a function used by a device driver to block some // signals of the processvoid * notifier_data; // Pointer to data that might be used by the notifier function // （previous field of table）sigset_t * notifier_mask; // Bit mask of signals blocked by a device driver through a // notifier functionl signal和sighand都是指针，因为同一个进程中所有线程都共享同一个signal和同一个sighand。l sas_ss_sp和sas_ss_size可以用于定义信号处理函数使用的栈，但不是必须。

1.2 sigpending与sigqueue

sigpending代表目前等待处理的信号的集合。struct sigpending { struct list_head list; // sigqueue链表 sigset_t signal; // 待处理的信号集合};sigpending结构体中，signal域保存所有待处理信号的集合，每个信号占一位。list域指向sigqueue链表，对于非实时信号（1-31），每个信号在链表中只能拥有一个sigqueue；对于实时信号（32-63），如果接收到多个相同的信号，每个信号都会在链表中拥有一个sigqueue。struct sigqueue { struct list_head list; int flags; siginfo_t info; struct user_struct *user;};在每个task_struct结构中，有两个sigpending，分别是： struct sigpending pending; struct sigpending （struct signal_struct *signal）l->shared_pending;之所以有两个sigpending，是由于Linux的线程和进程在内核中都是一个task_struct表示。所以penging域代表线程本身待处理的信号，signal->shared_pending代表线程所属进程的待处理信号。sigqueue使用非常频繁，所以在内核中专门为其申请了kmem cache。可以在sigqueue_alloc和sigqueue_free中找到其分配、释放的实现代码。

2. 信号的发送

最常用的发送信号的函数有kill, tkill和tgkill等等。其中tkill已经过时，被tgkill代替。kill被用来给进程发消息；tgkill被用来给线程发消息。killkill函数最终会调用kill_something_info： struct siginfo info; info.si_signo = sig; info.si_errno = 0; info.si_code = SI_USER; info.si_pid = task_tgid_vnr（current）; info.si_uid = current->uid; return kill_something_info（sig, &info, pid）; static int kill_something_info（int sig, struct siginfo *info, pid_t pid） // 如果pid > 0，发信号给pid指定的进程 kill_pid_info（sig, info, find_vpid（pid））; // 否则，如果pid ！= -1 && pid ！= 0，发信号给由-pid指定的进程组 __kill_pgrp_info（sig, info, find_vpid（-pid）; // 否则，如果pid == 0，发信号给自己所属的进程组 __kill_pgrp_info（sig, info, task_pgrp（current））; // 否则（pid == -1），发信号给除自己所属进程之外的其它所有进程 for_each_process（p） { if （task_pid_vnr（p） > 1 && ！same_thread_group（p, current）） group_send_sig_info（sig, info, p）;在以上所有情况下，最终都会调用send_signal，且改函数最后一个参数为1。tgkilltgkill有三个参数，tgid，pid和sig，其中tgid为进程，pid为线程。tgkill最终会调用do_tkill。static int do_tkill（pid_t tgid, pid_t pid, int sig） struct siginfo info; info.si_signo = sig; info.si_errno = 0; info.si_code = SI_TKILL; info.si_pid = task_tgid_vnr（current）; info.si_uid = current->uid; 。。。 specific_send_sig_info（sig, &info, p）;specific_send_sig_info最终会调用send_signal，且最后一个参数为0。send_signal有上面分析可以看出，无论是发信号给进程还是线程，最终都是调用send_signal函数，唯一区别在最后一个参数。int send_signal（int sig, struct siginfo *info, struct task_struct *t, int group） struct sigpending *pending; // 发消息给进程和线程的区别在这里 pending = group？ &t->signal->shared_pending : &t->pending; // 如果是非实时信号（<32），且该信号已经在等待队列中，则忽略 if （legacy_queue（pending, sig）） return 0; // 注意如果传入的info指定为SEND_SIG_FORCED，那么不分配sigqueue if （info ！= SEND_SIG_FORCED） // 分配一个sigqueue // 将sigqueue挂入sigpending队列 // 这里要注意除了SEND_SIG_FORCED之外还有几种特殊情况要考虑： // SEND_SIG_NOINFO // SEND_SIG_PRIV // 通知signalfd 。。。 sigaddset（&pending->signal, sig）; // 将signal加入pengding->signal位掩码中 complete_signal（sig, t, group）;complete_signal用于唤醒可能的正在等待信号的进程或线程static void complete_signal（int sig, struct task_struct *p, int group） // 如果指定线程正在等待该信号，由该线程处理 if （wants_signal（sig, p）） t = p; // 如果是发给指定线程的信号，或者是单线程进程，并且没有满足上面的条件， // 可以直接返回，等待do_signal函数的最终处理 else if （！group || thread_group_empty（p）） return; else // 到这里，只能是发给进程的信号，且该进程是多线程的 // 从下面代码可以看出，如果是发给进程的信号，可以唤醒任意一个正在等待该 // 信号的线程 t = signal->curr_target; while （！wants_signal（sig, t）） { t = next_thread（t）; if （t == signal->curr_target） return; } signal->curr_target = t; // 判断是否是致命信号 if （sig_fatal（p, sig） && ！（signal->flags & （SIGNAL_UNKILLABLE | SIGNAL_GROUP_EXIT）） && ！sigismember（&t->real_blocked, sig） && （sig == SIGKILL || ！tracehook_consider_fatal_signal（t, sig, SIG_DFL））） if （！sig_kernel_coredump（sig）） 。。。 signal_wake_up（t, sig == SIGKILL）;