Linux-0.11 kernel目录进程管理signal.c详解
Linux-0.11 kernel目录进程管理signal.c详解
模块简介
signal.c主要涉及的是进程的信号处理。该章节中最难理解的是do_signal函数。
在unix系统中，信号是一种"软件中断"处理机制。有许多较为复杂的程序会使用到信号。信号机制提供了一种处理异步时间的方法。例如用户在终端键盘上键入ctrl-C组合来终止一个程序的执行。该操作就会产生一个SIGINT信号，并被发送到当前的前台执行的进程中。
函数详解
sys_sgetmask
int sys_sgetmask()
该函数的作用是获取进程的信号的屏蔽图，即进程对哪些信号可以不做处理。
代码很简单，就是返回进程PCB中的blocked字段，blocked字段是一个long类型的数据，有32个bit。
return current->blocked;
sys_ssetmask
int sys_ssetmask(int newmask)
用于设置新的信号屏蔽位图。其中SIGKILL是不可以被屏蔽的。
~(1<<(SIGKILL-1)) 保证了SIGKILL的屏蔽位为0。
int old=current->blocked;//保存旧的信号屏蔽位
current->blocked = newmask & ~(1<<(SIGKILL-1));//设置新的信号屏蔽位
return old;
save_old
static inline void save_old(char * from,char * to)
该函数在sys_sigaction中被调用，其作用是将旧的sigaction对象拷贝到用户地址空间。该方法的调用关系如下：
├── int 0x80
└── sys_sigaction
└── save_old
下面分析该函数的代码。
首先对to所在的内存调用verify_area(fork.c中)进行校验。
接着进行遍历，将from的内容拷贝到to的位置，实际就是拷贝了from位置的sigaction对象到to位置。
verify_area(to, sizeof(struct sigaction));//对内存区域进行校验
for (i=0 ; i< sizeof(struct sigaction) ; i++) {
put_fs_byte(*from,to);
from++;
to++;
}
其中调用了put_fs_byte函数，其定义在segment.h文件中，其作用是把内核态一个字节的数据拷贝到由 fs:addr 指向的用户态内存地址空间。
*from指向内核空间， *to指向用户空间，由于二者的段描述符不相同，因此拷贝时，不能直接复制，需要使用put_fs_byte。
get_new
static inline void get_new(char * from,char * to)
该函数在sys_sigaction中被调用，其作用是将用户设置的sigaction传递到内核中。
其中调用了get_fs_byte函数， 其定义在segment.h文件中， 其作用是把fs:from 指向的用户态内存的一个字节拷贝到内核态to的地址中。该函数借助了fs寄存器，在system_call函数中，将fs寄存器设置为了0x17，指向了用户的数据段。
int i;
for (i=0 ; i< sizeof(struct sigaction) ; i++)
*(to++) = get_fs_byte(from++);//拷贝用户空间的一个字节
学习完save_old/get_new要有一个概念，内核态与用户态进行数据传输时，要借助于fs寄存器。
sys_signal
int sys_signal(int signum, long handler, long restorer)
该函数是signal()的系统调用，其用于设置信号的处理函数。
sys_signal有三个入参， 而signal函数只有两个入参(如下所示)，这第三个参数restorer是在编译的过程中由编译器加入的，其作用将在do_signal中阐述。
typedef void sigfunc(int);
sigfunc *signal(int signr, sigfunc *handler);
程序首先对入参signum做校验，其大小必须在区间[1，32]中，并且其值不得为SIGKILL（9）。
struct sigaction tmp;
if (signum<1 || signum>32 || signum==SIGKILL)//对signum做检查
return -1;
sa_restorer保存的是恢复处理函数，会在do_signal函数中再次被提到， 其作用就是在信号处理函数结束之后，恢复现场。
接下来设置信号处理函数以及对应的一些标志。根据提供的参数组建sigaction结构内容。sa_handler是指定的信号处理句柄(函数)。sa_mask是执行信号处理句柄时的信号屏蔽码。sa_flags是执行时的一些标志组合。这里设定该信号处理句柄只使用1次后就恢复到默认值，并允许信号在自己的处理句柄中收到。
SA_ONESHOT 和 SA_NOMASK 都是信号处理器的标志（flags）。它们的作用如下：
- SA_ONESHOT 表示信号处理器只会被执行一次。也就是说，当信号发生时，处理器被调用后，它会自动被系统设置为默认行为（通常是终止进程）。
- SA_NOMASK标志通常是指定在信号处理函数执行期间不阻塞其他信号。在信号处理函数执行期间，内核通常会阻塞同一信号类型的其他实例，以避免竞态条件和递归调用。但是，如果设置了SA_NOMASK标志，则处理函数的执行期间不会阻塞相同类型的信号。
tmp.sa_handler = (void (*)(int)) handler;//设置信号的handler
tmp.sa_mask = 0;//设置信号的屏蔽码
tmp.sa_flags = SA_ONESHOT | SA_NOMASK;
tmp.sa_restorer = (void (*)(void)) restorer;
接着取出该信号的旧的处理函数作为返回值返回。然后将上面构建好的sigaction类型的tmp对象放置于进程的sigaction数组的对应位置。
handler = (long) current->sigaction[signum-1].sa_handler;
current->sigaction[signum-1] = tmp;
sys_sigaction
int sys_sigaction(int signum, const struct sigaction * action,
struct sigaction * oldaction)
该函数是sigaction()的系统调用。
程序首先对入参signum做校验，其大小必须在区间[1，32]中，并且其值不得为SIGKILL（9）。
if (signum < 1 || signum > 32 || signum == SIGKILL)
return -1;
接下来进行设置新的action并且返回了之前设置的oldaction。这里使用到了之前提到的get_new和save_old方法。
tmp = current->sigaction[signum - 1];
get_new ((char *) action, (char *) (signum - 1 + current->sigaction));
if (oldaction)
save_old ((char *) &tmp, (char *) oldaction);
如果设置了SA_NOMASK标志，则代表在信号处理函数执行期间不阻塞其他信号，允许信号在自己的信号句柄中收到信号，令屏蔽码位0，否则设置屏蔽本信号。
if (current->sigaction[signum-1].sa_flags & SA_NOMASK)
current->sigaction[signum-1].sa_mask = 0;
else
current->sigaction[signum-1].sa_mask |= (1<<(signum-1));
do_signal
void do_signal(long signr,long eax, long ebx, long ecx, long edx,
long fs, long es, long ds,
long eip, long cs, long eflags,
unsigned long * esp, long ss)
该函数是进程接收到信号执行信号处理方法的主体。其在ret_from_sys_call中被调用，即从系统调用返回的过程中被调用。
在系统调用过程中，内核栈的情况如下图所示：
在该函数中，首先根据信号的id，取出对应的sigaction结构。
unsigned long sa_handler;
long old_eip=eip;
struct sigaction * sa = current->sigaction + signr - 1;
int longs;
unsigned long * tmp_esp;
从sigaction结构体中取出sa_handler， 如果该handler的值为1， 代表是SIG_IGN，即忽略该信号， 则直接返回。
如果sa_handler的值是0，即SIG_DFL，即使用默认的信号处理方式，如果信号是SIGCHILD,则直接返回， 如果不是，则程序直接退出。
sa_handler = (unsigned long) sa->sa_handler;
if (sa_handler==1)
return;
if (!sa_handler) {
if (signr==SIGCHLD)
return;
else
do_exit(1<<(signr-1));
}
接下来， 如果sa_flags含有SA_ONESHOT标记， 代表本次信号处理函数执行之后，就恢复默认处理方式。
if (sa->sa_flags & SA_ONESHOT)
sa->sa_handler = NULL;
下面的代码就是设置让系统调用返回时去执行信号处理函数。
首先将eip设置为信号处理函数的地址，当中断处理函数调用结束之后通过iret返回之后， 就会去执行中断处理函数。 同时也会将原来通过INT压栈的一些寄存器的值保存在用户栈中。
*(&eip) = sa_handler就设置了新的eip值，这种做法，如果是c语言中的函数调用是不起作用的，因为在函数调用结束后，会因为esp指针的上移而丢弃掉， 而do_signal是在汇编程序中被调用，因此调用完毕之后，不会丢弃掉这些参数。
随后将一些寄存器的值保存在用户栈下，在执行完信号处理函数之后，将使用sa_restorer进行恢复。如果设置了SA_NOMASK，则代表不会修改进程PCB中的blocked参数，因此只需要放7个参数到栈上。而当设置了sa->sa_flags之后，会修改进程PCB中的blocked参数，需要在信号处理函数执行完毕之后还原为原来的blocked参数，因此也需要入栈，即入栈8个参数。
*(&eip) = sa_handler;
longs = (sa->sa_flags & SA_NOMASK)?7:8;//判断是7个参数还是8个参数
*(&esp) -= longs;//向下移动esp指针
verify_area(esp,longs*4);
tmp_esp=esp;
put_fs_long((long) sa->sa_restorer,tmp_esp++);//设置回复处理函数
put_fs_long(signr,tmp_esp++);//设置信号的number
if (!(sa->sa_flags & SA_NOMASK))
put_fs_long(current->blocked,tmp_esp++);//设置block
put_fs_long(eax,tmp_esp++);//设置原eax
put_fs_long(ecx,tmp_esp++);//设置ecx
put_fs_long(edx,tmp_esp++);//设置edx
put_fs_long(eflags,tmp_esp++);//设置eflags
put_fs_long(old_eip,tmp_esp++);//设置eip
current->blocked |= sa->sa_mask;
其最终的效果如下图所示:
当信号处理函数执行完毕，通过return返回时，就会去执行sa_restorer处的代码。
下面就将解答之前在sys_signal中抛出的问题，sa_restorer是干什么的？
sa_restorer实际就是用于恢复用户栈，并且让程序恢复到系统调用之前的上下文。
编译器会在编译程序中调用libc库中信号系统调用函数把sa_restorer作为参数传递给sys_signal或者sigaction。
signal入参没有sa_flag，因此传入__sig_restore。
void (*signal(int sig, __sighandler_t func))(int)
{
void (*res)();.
register int __fooebx __asm__ ("bx") = sig;
__asm__("int $0x80":"=a"(res):
"0" (_NR_signal), "r" (__fooebx), "c"(func), "d"((long)__sig_restore)
}
sigaction有sa_flag参数，因此可以sa_flag参数决定传入__sig_restore或者是__masksig_restore。
int sigaction(int sig, struct sigaction *sa, struct sigaction *old)
{
register int __fooebx __asm__ ("bx") = sig;
if(sa->sa_flags & SA_NOMASK)
sa->sa_restorer = __sig_restore;
else
sa->sa_restorer = __masksig_restore;
__asm__("int 0x80": "=a"(sig)
:"0"(_NR_sigaction), "r"(__foxxebx), "c"(sa), "d"(old))
if(sig >= 0)
return 0;
errno = -sig;
return -1;
}
__sig_restore和__masksig_restore的定义如下所示:
其二者区别就在于栈中的参数是7个还是8个。
.globl __sig_restore
.globl __masksig_restore
# 若没有blocked，则使用这个restorer函数
__sig_restore:
addl $4, %esp
popl %eax
popl %ecx
popl %edx
popf
ret
__masksig_restore:
addl $4, %esp
call __ssetmask
addl $4, %esp
popl %eax
popl %ecx
popl %edx
popf
ret
到此为止， 梳理起来do_signal的处理流程如下：
ret_from_sys_call->do_signal->iret->handler->return->sa_restorer->return->origin eip
如下图所示:
