linux0.11信号机制

本文简单描述linux0.11信号机制的实现

一：有关信号
当进程收到一个信号后，进程根据相关设定调用信号处理函数。

有三类信号处理方式：默认处理方式、忽略信号方式、执行用户设定的信号处理函数。

发送信号的方式：按下相应的键（如CTRL+C）、使用kill命令或函数向指定进程发送信号。

typedef void sig_func(int);
sig_func *signal(int signr, sig_func *handler);

当在进程中调用signal(signo, handler)之后，
如果进程收到信号signo，则进程会执行handler指向的函数。

假设有进程A和进程B，当进程A给进程B发送了一个信号后，那进程B的信号处理函数什么时候执行？
若要执行进程B的信号处理函数，则进程B必须处于执行状态。也就是说只有当调度程序调度到了进程B后，
才可能执行进程B的信号处理函数。否则进程B不处于可执行状态，收到了信号也没用。

若进程B自己调用kill函数，给自己发送了一个信号，我们会假定这个信号处理函数会立即执行。
因此在执行系统函数kill之后会立即处理进程B的信号。


从这两点可以意识到，内核需要在时钟中断和系统调用后对当前进程的信号进行处理。
需要在时钟中断时是因为时钟中断会调用schedule函数，因为这是分时系统，
如果进程A给B发了信号，而且现在调度到了B，那理所当然要执行B的信号处理函数。


二：linux0.11的信号机制
以 kill 函数为例来简单说明大致流程， 下面再来详细描述内核中的do_signal函数。

当以kill函数给当前进程发送一个信号之后。
因为这是个系统函数，因此会执行int 0x80进入system_call的入口点
_system_call:
        cmpl    $nr_system_calls-1,    %eax        # %eax保存kill函数的调用号
        ja        bad_sys_call                              # 无效的系统调用
        push    %ds
        push    %es
        push    %fs
        push    %edx
        push    %ecx
        push    %ebx                                      # 相关数据入栈
.....................
        call    _sys_call_table(,%eax,4)               # 执行系统调用， 这里就是 sys_kill 函数了
        pushl    %eax                                      # 系统调用的返回值入栈，也即是 sys_kill 的返回值
......................
        
ret_from_sys_call:
        .....
        pushl    %ecx         # %ecx中保存了信号的信号值。
        call    _do_signal     # 对信号进行处理
        popl    %eax          #  将信号值出栈  
        popl    %eax          #  将系统调用返回值出栈，  也就是sys_kill的返回值存入%eax寄存器
        popl    %ebx
        popl    %ecx
        popl    %edx
        pop    %fs
        pop    %es
        pop    %ds
        iret


可见每次系统调用之后，可能会执行ret_from_sys_call，进而对信号进行处理。

除了在_system_call里会这样， 在一些中断下也会调用ret_from_sys_call，时钟中断就是其中之一。
现在已经知道内核是“何时”来处理进程的信号了。


三：do_signal函数。
do_signal的功能主要是设置了内核的堆栈和应用的用户堆栈，设置好堆栈后，
当执行ret_from_sys_call最下面的iret指令的时候，去自动执行进程的信号处理函数。当信号处理函数执行完成后，又会接着进程的下一条指令去执行。

下图是《Linux0.11内核完全注释》一书里的，很好的显示调用do_signal前后的堆栈变化。

左边的为内核态堆栈，就是在执行call _do_signal之前的堆栈内容。

do_signal执行如下操作
1：将堆栈中的eip值，保存到old_eip中，old_eip就指向了用户程序中即将执行代码
2：将eip执行信号处理函数。这样当执行ret_from_sys_call中的iret时，会执行cs:eip指向的代码，也就是信号处理函数。
3：将用户态堆栈的esp的值，向下移7或8个长字（32位）
4：然后将sa_resotrer， signr等值放入堆栈， 见图右边的用户堆栈。

完成上述操作后，do_signal执行完毕，返回到ret_from_sys_call中，
ret_from_sys_call执行一些pop操作后执行iret指令， 这时会跳转到信号处理函数去执行。
当信号处理函数执行完后，会执行ret操作（函数的返回使用ret，中断的返回使用iret），这时会将sa_restorer存入eip，
因此接下来就会执行sa_restorer

sa_restorer会恢复用户堆栈
__sig_restore:
        addl    $4,    %esp
        popl    %eax              # 将系统调用的返回值存入eax
        popl    %ecx
        popl    %edx
        popfl
        ret   
当执行完popfl之后，明显用户堆栈里面只剩下old_eip了， 因此执行ret，程序就会跳转到cs:old_eip去执行，也就是系统调用的下一条用户指令了。
至此信号处理函数已经执行，系统调用也已返回，用户程序无忧无虑的继续执行。