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linux內(nèi)核中的信號機(jī)制--信號機(jī)制的管理結(jié)構(gòu) Kernel version：2.6.14 CPU architecture：ARM920T Author：ce123(http://blog.csdn.net/ce123)
信號只是一個數(shù)字，數(shù)字為0-31表示不同的信號，如下表所示。 編號 | 信號名 | 默認(rèn)動作 | 說明 | 1 | SIGHUP | 進(jìn)程終止 | 終端斷開連接 | 2 | SIGINT | 進(jìn)程終止 | 用戶在鍵盤上按下CTRL+C | 3 | SIGQUIT | 進(jìn)程意外結(jié)束（Dump) | 用戶在鍵盤上按下CTRL+\ | 4 | SIGILL | 進(jìn)程意外結(jié)束（Dump) | 遇到非法指令 | 5 | SIGTRAP | 進(jìn)程意外結(jié)束（Dump) | 遇到斷電，用于調(diào)試 | 6 | SIGABRT/SIGIOT | 進(jìn)程意外結(jié)束（Dump) | | 7 | SIGBUS | 進(jìn)程意外結(jié)束（Dump) | 總線錯誤 | 8 | SIGFPE | 進(jìn)程意外結(jié)束（Dump) | 浮點(diǎn)異常 | 9 | SIGKILL | 進(jìn)程終止 | 其他進(jìn)程發(fā)送SIGKILL將導(dǎo)致目標(biāo)進(jìn)程終止 | 10 | SIGUSR1 | 進(jìn)程終止 | 應(yīng)用程序可自定義使用 | 11 | SIGSEGV | 進(jìn)程意外結(jié)束（Dump) | 非法的內(nèi)存訪問 | 12 | SIGUSR2 | 進(jìn)程終止 | 應(yīng)用程序可自定義使用 | 13 | SIGPIPE | 進(jìn)程終止 | 管道讀取端已經(jīng)關(guān)閉，寫入端進(jìn)程會收到該信號 | 14 | SIGALRM | 進(jìn)程終止 | 定時器到時 | 15 | SIGTERM | 進(jìn)程終止 | 發(fā)送該信號使目標(biāo)進(jìn)程終止 | 16 | SIGSTKFLT | 進(jìn)程終止 | 堆線錯誤 | 17 | SIGCHLD | 忽略 | 子進(jìn)程退出時會向父進(jìn)程發(fā)送該信號 | 18 | SIGCONT | 忽略 | 進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行 | 19 | SIGSTOP | 進(jìn)程暫停 | 發(fā)送該信號會使目標(biāo)進(jìn)程進(jìn)入TASK_STOPPED狀態(tài) | 20 | SIGTSTP | 進(jìn)程暫停 | 在終端上按下CTRL+Z | 21 | SIGTTIN | 進(jìn)程暫停 | 后臺進(jìn)程從控制終端讀取數(shù)據(jù) | 22 | SIGTTOU | 進(jìn)程暫停 | 后臺進(jìn)程從控制終端讀取數(shù)據(jù) | 23 | SIGURG | 忽略 | socket收到設(shè)置緊急指針標(biāo)志的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包 | 24 | SIGXCPU | 進(jìn)程意外結(jié)束（Dump) | 進(jìn)程使用CPU已經(jīng)超過限制 | 25 | SIGXFSZ | 進(jìn)程意外結(jié)束（Dump) | 進(jìn)程使用CPU已經(jīng)超過限制 | 26 | SIGVTALRM | 進(jìn)程終止 | 進(jìn)程虛擬定時器到期 | 27 | SIGPROF | 進(jìn)程終止 | 進(jìn)程Profile定時器到期 | 28 | SIGMNCH | 忽略 | 進(jìn)程終端窗口大小改變 | 29 | SIGIO | 進(jìn)程暫停 | 用于異步IO | 29 | SIGPOLL | 進(jìn)程暫停 | 用于異步IO | 30 | SIGPWR | 進(jìn)程暫停 | 電源失效 | 31 | SIGUNUSED | 進(jìn)程暫停 | 保留未使用 | 注意在上標(biāo)中的默認(rèn)動作是指，在沒有任何程序為相應(yīng)的信號設(shè)置信號處理函數(shù)的情況下，內(nèi)核接收到該信號的默認(rèn)處理方式，但在實(shí)際中，有可能不是這樣的。另外，在這里，進(jìn)程終止一般是指進(jìn)程通過do_exit()退出，進(jìn)程意外結(jié)束(Dump)則表示進(jìn)程遇到了一個異常。默認(rèn)情況下，內(nèi)核會根據(jù)進(jìn)程當(dāng)時的內(nèi)存情況，在進(jìn)程的當(dāng)前目錄中生成一個Core Dump文件，以后用戶可以通過這個文件分析進(jìn)程異常的原因。這個工作主要通過do_coredump()來完成。 由于早期只有31個信號，內(nèi)核僅僅使用一個32位的變量signal來表示進(jìn)程接收到的信號，因此如果要向一個進(jìn)程發(fā)送一個信號，就把signal的第n位設(shè)置為1，這非常類似中斷請求寄存器SRCPND寄存器，同時，還有一個blocked的變量，用來屏蔽信號，這類似中斷屏蔽寄存器INTMSK。這樣做的好處是可以“很快”判斷出一個進(jìn)程收到了哪些信號，如果采用鏈表或者數(shù)組，則需要掃描整個隊列，但這也帶來了新的問題，如果向一個進(jìn)程發(fā)送了SIGINT信號，在這個信號處理之前，再次發(fā)送SIGINT，當(dāng)這個進(jìn)程開始處理信號時，它只知道收到了SIGINT信號，而無法判斷出有幾個SIGINT需要處理。此后加入了信號隊列，把收到的信號保存在這個隊列中，就可以很好的解決這個問題了。但是為了兼容的目的，仍能保留了舊的信號處理方式，因此1-32還是按原有的方式進(jìn)行處理，而33-64則使用新的機(jī)制，為了區(qū)別對待，編號為33-64的信號又稱為實(shí)時信號。需要注意的是：這里的“實(shí)時”和實(shí)時操作系統(tǒng)中的“實(shí)時”沒有任何聯(lián)系，實(shí)時信號在處理速度上并不會比普通信號快，它們之間的區(qū)別就是：普通信號會對多次的同一個信號進(jìn)行“合并”處理，而實(shí)時信號會一一處理。因此我們這里僅討論普通信號。 信號機(jī)制的相關(guān)管理結(jié)構(gòu)位于task_struct結(jié)構(gòu)中，其主要結(jié)構(gòu)如下圖所示。 
實(shí)時信號引入了信號隊列，為了處理上的方便，普通信號也使用了信號隊列，僅僅從數(shù)字上無法區(qū)分實(shí)時信號和普通信號。由于在linux中，進(jìn)程對象和線程對象都是task_struct，因此需要區(qū)別對待線程的信號和進(jìn)程的信號。在上圖中，Private Signal Queue是線程(在linux中稱為輕權(quán)進(jìn)程)信號隊列，而Shared Signal Queue是進(jìn)程(在linux中被稱為進(jìn)程組)信號隊列。對于進(jìn)程信號，則由進(jìn)程組中的每一個線程共享。例如，在上圖中，pending和shared_pending分別是Private Signal Queue和Shared Signal Queue其類型都是sigpending(/include/linux/signal.h)，定義如下：
- struct sigpending {
- struct list_head list;
- sigset_t signal;
- };
list用于連接信號隊列，signal是一個位圖，每一位表示一個對應(yīng)的信號，用于指示信號隊列中有哪些信號等待處理，其類型為sigset_t(include/asm-arm/signal.h)，其定義如下：
- #define _NSIG 64
- #define _NSIG_BPW 32
- #define _NSIG_WORDS (_NSIG / _NSIG_BPW)
-
-
- typedef struct {
- unsigned long sig[_NSIG_WORDS];
- } sigset_t;
sigset_t是一個數(shù)組，總共有64位，對應(yīng)64個信號位圖(32個普通信號和32個實(shí)時信號)。在以后的信號發(fā)送的分析中，我們會看到，對于普通信號，只需要把sigset_t中對應(yīng)的位置1就可以了，而對于實(shí)時信號，還需要把相關(guān)信息添加到list的信號隊列，信號隊列類型為sigqueue(include/linux/signal.h)，定義如下：
- /*
- * Real Time signals may be queued.
- */
-
- struct sigqueue {
- struct list_head list;
- spinlock_t *lock;
- int flags;
- siginfo_t info;
- struct user_struct *user;
- };
- typedef struct siginfo {
- int si_signo;
- int si_errno;
- int si_code;
-
- union {
- int _pad[SI_PAD_SIZE];
-
- /* kill() */
- struct {
- pid_t _pid; /* sender's pid */
- __ARCH_SI_UID_T _uid; /* sender's uid */
- } _kill;
-
- /* POSIX.1b timers */
- struct {
- timer_t _tid; /* timer id */
- int _overrun; /* overrun count */
- char _pad[sizeof( __ARCH_SI_UID_T) - sizeof(int)];
- sigval_t _sigval; /* same as below */
- int _sys_private; /* not to be passed to user */
- } _timer;
-
- /* POSIX.1b signals */
- struct {
- pid_t _pid; /* sender's pid */
- __ARCH_SI_UID_T _uid; /* sender's uid */
- sigval_t _sigval;
- } _rt;
-
- /* SIGCHLD */
- struct {
- pid_t _pid; /* which child */
- __ARCH_SI_UID_T _uid; /* sender's uid */
- int _status; /* exit code */
- clock_t _utime;
- clock_t _stime;
- } _sigchld;
-
- /* SIGILL, SIGFPE, SIGSEGV, SIGBUS */
- struct {
- void __user *_addr; /* faulting insn/memory ref. */
- #ifdef __ARCH_SI_TRAPNO
- int _trapno; /* TRAP # which caused the signal */
- #endif
- } _sigfault;
-
- /* SIGPOLL */
- struct {
- __ARCH_SI_BAND_T _band; /* POLL_IN, POLL_OUT, POLL_MSG */
- int _fd;
- } _sigpoll;
- } _sifields;
- } siginfo_t;
- struct sighand_struct {
- atomic_t count;
- struct k_sigaction action[_NSIG];
- spinlock_t siglock;
- };
- struct k_sigaction {
- struct sigaction sa;
- };
- struct sigaction {
- __sighandler_t sa_handler;
- unsigned long sa_flags;
- __sigrestore_t sa_restorer;
- sigset_t sa_mask; /* mask last for extensibility */
- };
sa_handler就是信號處理函數(shù)指針。另外在task_struct結(jié)構(gòu)中還有一個blocked可以用來屏蔽信號。明白了上面的主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的作用之后，很容易想到信號的處理主要有以下幾方面。 - 設(shè)置信號回調(diào)函數(shù)：內(nèi)核吧函數(shù)的相關(guān)信息保存到對應(yīng)的sigantion結(jié)構(gòu)中。
- 信號的發(fā)送：通過相關(guān)系統(tǒng)調(diào)用吧一個指定的信號發(fā)送到目標(biāo)進(jìn)程，如果該信號沒有被屏蔽，就把信號的相關(guān)信息添加到信號隊列中，如果有必要就喚醒目標(biāo)進(jìn)程。
- 信號響應(yīng)：進(jìn)程被喚醒后，根據(jù)信號隊列中的信息，調(diào)用信號回調(diào)函數(shù)。
我們再來看一下信號回調(diào)函數(shù)，sa_handler的類型是__sihandler_t(include/asm-generic/singal.h)，其定義為： - typedef void __signalfn_t(int);
- typedef __signalfn_t __user *__sighandler_t;
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