【Linux】：信号在内核里的处理

一.内核中的信号处理

1.实际执行信号的处理动作称为信号递达(Delivery
)2.信号从产生到递达之间的状态,称为信号未决(Pending)。
3.进程可以选择阻塞 (Block )某个信号。
4.被阻塞的信号产生时将保持在未决状态,直到进程解除对此信号的阻塞,才执行递达的动作.
5.注意,阻塞和忽略是不同的,只要信号被阻塞就不会递达,而忽略是在递达之后可选的一种处理动作。

信号方法运行->handler表

普通信号【1-31】每一个都需要有自己的处理方法。这些方法分别是一个函数，而所有函数的指针都存在一个函数指针数组里(handler_t handler[31])。

信号阻塞->block表

再说说信号阻塞，其实顾名思义就是暂时把信号屏蔽，到合适的时候再将屏蔽解除，读取信号。在handler表和task_struct之间还有一张block表来标识是否屏蔽该信号。（注意屏蔽是一种状态与是否产生信号无关）

是否收到信号以及收到哪些信号->pending表

总结

1.每个信号都有两个标志位分别表示阻塞(block)和未决(pending),还有一个函数指针表示处理动作。信号产生时,内核在进程控制块中设置该信号的未决标志,直到信号递达才清除该标志。在上图的例子中,SIGHUP信号未阻塞也未产生过,当它递达时执行默认处理动作。
2.SIGINT信号产生过,但正在被阻塞,所以暂时不能递达。虽然它的处理动作是忽略,但在没有解除阻塞之前不能忽略这个信号,因为进程仍有机会改变处理动作之后再解除阻塞。
3.SIGQUIT信号未产生过,一旦产生SIGQUIT信号将被阻塞,它的处理动作是用户自定义函数sighandler。
4.如果在进程解除对某信号的阻塞之前这种信号产生过多次,将如何处理?POSIX.1允许系统递送该信号一次或多次。Linux是这样实现的:常规信号在递达之前产生多次只计一次,而实时信号在递达之前产生多次可以依次放在一个队列里。
5.信号处理实际上就是检测这三张表。

一个例子

将2号信号忽略后，操作系统就将handler表的2号信号的位置的操作方法变为忽略.

二.信号集操作函数

我们知道信号处理要经过三张表，毫无疑问这三张表是存在操作系统里的。想要从操作系统里获取信息，那么必定需要经过系统调用接口。

sigset_t类型

从上图来看,每个信号只有一个bit的未决标志,非0即1,不记录该信号产生了多少次,阻塞标志也是这样表示的。因此,未决和阻塞标志可以用相同的数据类型sigset_t来存储,sigset_t称为信号集,这个类型可以表示每个信号的“有效”或“无效”状态,在阻塞信号集中“有效”和“无效”的含义是该信号是否被阻塞,而在未决信号集中“有效”和“无效”的含义是该信号是否处于未决状态。 阻塞信号集也叫做当前进程的信号屏蔽字(Signal Mask),这里的“屏蔽”应该理解为阻塞而不是忽略。下面将详细介绍信号集的各种操作。

1.一些信号函数

sigset_t类型对于每种信号用一个bit表示“有效”或“无效”状态,至于这个类型内部如何存储这些bit则依赖于系统实现,从使用者的角度是不必关心的,使用者只能调用以下函数来操作sigset_t变量,而不应该对它的内部数据做任何解释,比如用printf直接打印sigset_t变量是没有意义的。

1函数sigemptyset初始化set所指向的信号集,使其中所有信号的对应bit清零,表示该信号集不包含 任何有效信号。
2.函数sigfillset初始化set所指向的信号集,使其中所有信号的对应bit置位,表示 该信号集的有效信号包括系统支持的所有信号。
3.注意,在使用sigset_ t类型的变量之前,一定要调 用sigemptyset或sigfillset做初始化,使信号集处于确定的状态，初始化sigset_t变量之后就可以在调用sigaddset和sigdelset在该信号集中添加或删除某种有效信号。

2.sigprocmask

调用函数sigprocmask可以读取或更改进程的信号屏蔽字(阻塞信号集)。

第一个参数：

第二个参数：自己创建的block表。

第三个参数：它是一个输出型参数，它会保存原始的block表（调用函数之前的表）。

3.sigpending

它是一个输出型函数。它的功能非常简单就是把我们pending表里所有的二进制序列带出，方便我们做检查。

总结：signal函数对应handler表，sigprocmask函数对应block表，sigpending函数对应pending表。

4.写代码

代码思路：将2号信号的block表设为阻塞，不断获取pending表，在初始状态pending表内应全为0，紧接着使用ctrl+c(发送2号信号)，可以看到一瞬间pending表里一个数字变为了1（表示为递达）。

三.信号在什么时候处理的

前面说到信号会在合适的时间进行处理，那么合适的时间究竟是什么时候呢？

当进程从内核态返回用户态的时候，进行信号的检测和处理。

我们在调用系统调用时，很明显要陷入操作系统里，但进入操作系统是需要资格的，这时我们的身份就会变为内核态，当调用完毕后又会切回用户态。

四.再谈地址空间

在谈虚拟地址时，我们一般说什么共享区，代码区，常量区…其实都是在谈虚拟地址的一部分，还有一部分是内核空间，顾名思义就是访问系统调用的空间。虚拟地址映射到物理内存有页表，内核空间映射到物理内存也有内核级页表。与普通页表不同的是，每一个进程都有自己的普通页表，而内核级页表只有一张，也就是说系统调用函数的地址其实是固定的。

那么操作系统是怎么知道你是否进入了内核态呢？其实是因为寄存器，在CPU里有一个ecs寄存器，它的低两位就用来表示用户态和内核态，0表示内核态，3表示用户态。