前面我們已經(jīng)介紹了內(nèi)核注意到信號(hào)的到來(lái)，調(diào)用相關(guān)函數(shù)更新進(jìn)程描述符以便進(jìn)程接收處理信號(hào)。但是，如果目標(biāo)進(jìn)程此時(shí)沒(méi)有運(yùn)行，內(nèi)核則推遲傳遞信號(hào)。現(xiàn)在，我們看看內(nèi)核如何處理進(jìn)程掛起的信號(hào)。

正如第4章的從中斷和異常返回一節(jié)中提到的，內(nèi)核允許在進(jìn)程返回到用戶態(tài)執(zhí)行之前，檢查進(jìn)程的TIF_SIGPENDING標(biāo)志。因此，內(nèi)核每次完成中斷或異常的處理后，都會(huì)檢查掛起信號(hào)是否存在。為了處理非阻塞的掛起信號(hào)，內(nèi)核調(diào)用do_signal()函數(shù)，其接受2個(gè)參數(shù)：

regs

current當(dāng)前進(jìn)程的用戶態(tài)寄存器內(nèi)容在內(nèi)核棧中保存位置的地址。

oldset

用來(lái)保存阻塞信號(hào)位掩碼數(shù)組的變量地址。

對(duì)do_signal()的描述，主要集中在信號(hào)傳遞的通用機(jī)制；真實(shí)的代碼中涵蓋了許多細(xì)節(jié)，比如處理競(jìng)態(tài)條件和其它特殊情況（如凍結(jié)系統(tǒng)、生成核心轉(zhuǎn)儲(chǔ)、停止和殺死整個(gè)線程組等等。我們將忽略這些細(xì)節(jié)。

如前所述，do_signal()函數(shù)通常只在CPU打算返回到用戶態(tài)時(shí)才會(huì)被調(diào)用。所以，如果中斷處理程序里調(diào)用do_signal()，函數(shù)直接返回：

if((regs->xcs&3)!=3)
return1;

如果oldset是NULL，使用current->blocked的地址初始化它：

if(!oldset)
oldset=¤t->blocked;

do_signal()的核心是一段循環(huán)代碼，重復(fù)調(diào)用dequeue_signal()函數(shù)，直到私有和共享掛起信號(hào)隊(duì)列沒(méi)有被阻塞的掛起信號(hào)。dequeue_signal()的返回值存儲(chǔ)在局部變量signr中，如果等于0，意味著所有掛起信號(hào)都被處理完，則do_signal()完成；如果返回非零，就有掛起信號(hào)等待被處理。do_signal()處理完這個(gè)信號(hào)后，會(huì)再次調(diào)用dequeue_signal()函數(shù)。

dequeue_signal()首先考慮私有掛起信號(hào)隊(duì)列中的所有信號(hào)（數(shù)字從小到大），然后是共享掛起隊(duì)列中的信號(hào)。它會(huì)更新相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，標(biāo)識(shí)該信號(hào)不再掛起并返回信號(hào)值。其中，涉及到清除current->pending.signal或current->signal->shared_pending.signal中的相應(yīng)位，并調(diào)用recalc_sigpending()更新TIF_SIGPENDING的值。

讓我們看一下do_signal()如何處理dequeue_signal()返回的每個(gè)掛起信號(hào)。首先，檢查當(dāng)前接收進(jìn)程是否正在被其它進(jìn)程監(jiān)控；如果是這種情況，do_signal()調(diào)用do_notify_parent_cldstop()和schedule()使監(jiān)控線程意識(shí)到該信號(hào)處理。

然后，do_signal()將待處理信號(hào)的k_sigaction數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的地址加載到局部變量ka中：

ka=¤t->sig->action[signr-1];

依賴(lài)具體內(nèi)容，可能執(zhí)行三類(lèi)動(dòng)作：忽略信號(hào)，執(zhí)行默認(rèn)動(dòng)作或執(zhí)行信號(hào)處理程序。

當(dāng)傳遞的信號(hào)被忽略，do_signal()則繼續(xù)處理其它掛起信號(hào)：

if(ka->sa.sa_handler==SIG_IGN)
continue;

接下來(lái)的兩節(jié)，我們將描述如何執(zhí)行默認(rèn)動(dòng)作和信號(hào)處理程序。

1 執(zhí)行信號(hào)的默認(rèn)動(dòng)作

如果ka->sa.sa_handler等于SIG_DFL，do_signal()執(zhí)行信號(hào)的默認(rèn)動(dòng)作。唯一的例外是，當(dāng)接收進(jìn)程是init時(shí)，這種情況下，信號(hào)會(huì)被拋棄：

if(current->pid==1)
continue;

對(duì)于其它進(jìn)程，忽略信號(hào)的默認(rèn)處理也非常簡(jiǎn)單：

if(signr==SIGCONT||signr==SIGCHLD||
signr==SIGWINCH||signr==SIGURG)
continue;

對(duì)于默認(rèn)動(dòng)作是stop的信號(hào)，則會(huì)停止線程組中所有進(jìn)程。為此，do_signal()將它們的狀態(tài)設(shè)置為T(mén)ASK_STOPPED，然后調(diào)用schedule()調(diào)度進(jìn)程：

if(signr==SIGSTOP||signr==SIGTSTP||
signr==SIGTTIN||signr==SIGTTOU){
if(signr!=SIGSTOP&&
is_orphaned_pgrp(current->signal->pgrp))
continue;
do_signal_stop(signr);
}

SIGSTOP和其它信號(hào)有些許不同：SIGSTOP總是停止線程組，而其它信號(hào)只有在線程組處于孤兒進(jìn)程組中時(shí)才會(huì)停止該線程組。POSIX標(biāo)準(zhǔn)指明，只要線程組中某個(gè)進(jìn)程在同一個(gè)會(huì)話的不同進(jìn)程組中有一個(gè)父進(jìn)程，它就不是孤兒進(jìn)程組。因此，如果父進(jìn)程已死，但是，發(fā)起進(jìn)程的用戶仍然處于登錄中，該進(jìn)程組就不是孤兒進(jìn)程組。

do_signal_stop()檢查當(dāng)前進(jìn)程是否是線程組中第一個(gè)被停止的進(jìn)程。如果是，它負(fù)責(zé)停止所有進(jìn)程：本質(zhì)上，該函數(shù)將信號(hào)描述符中的group_stop_count字段設(shè)置為正值，并喚醒線程組中的每個(gè)進(jìn)程。然后，每個(gè)進(jìn)程依次查看此字段以識(shí)別正在進(jìn)行的組停止，將其狀態(tài)更改為T(mén)ASK_STOPPED，并調(diào)用schedule()重新調(diào)度進(jìn)程。do_signal_stop()函數(shù)還向線程組leader的父進(jìn)程發(fā)送SIGCHLD信號(hào)，除非父進(jìn)程設(shè)置了SIGCHLD的SA_NOCLDSTOP標(biāo)志。

默認(rèn)動(dòng)作為dump的信號(hào)會(huì)在進(jìn)程的工作目錄中創(chuàng)建核心轉(zhuǎn)儲(chǔ)文件：該文件列出了進(jìn)程地址空間和寄存器的完整內(nèi)容。do_signal()創(chuàng)建核心轉(zhuǎn)儲(chǔ)文件之后，會(huì)殺死線程組。其余18個(gè)信號(hào)的默認(rèn)動(dòng)作是terminate，就是殺死進(jìn)程。為此，調(diào)用do_group_exit()，執(zhí)行一個(gè)優(yōu)雅的group exit處理程序（可以參考第3章的進(jìn)程終止一節(jié)）

2 捕獲信號(hào)

如果信號(hào)指定了處理程序，則do_signal()執(zhí)行該程序。通過(guò)調(diào)用invoking handle_signal()

handle_signal(signr,&info,&ka,oldset,regs);
if(ka->sa.sa_flags&SA_ONESHOT)
ka->sa.sa_handler=SIG_DFL;
return1;

如果接收的信號(hào)設(shè)置了SA_ONESHOT標(biāo)志，則必須將其重置為默認(rèn)操作，以便再次出現(xiàn)相同信號(hào)將不會(huì)觸發(fā)信號(hào)處理程序的執(zhí)行。注意do_signal()在處理完單個(gè)信號(hào)后是如何返回的。在下次調(diào)用do_signal()之前，不會(huì)考慮其他掛起的信號(hào)。這種方法確保了實(shí)時(shí)信號(hào)將按適當(dāng)?shù)捻樞蛱幚怼?/p>

執(zhí)行信號(hào)處理程序是一項(xiàng)相當(dāng)復(fù)雜的任務(wù)，因?yàn)樵谟脩魬B(tài)和內(nèi)核態(tài)之間切換時(shí)需要小心地切換堆棧。我們?cè)谶@里詳細(xì)解釋一下:

信號(hào)處理程序是由用戶進(jìn)程定義的函數(shù)，包含在用戶代碼段中。handle_signal()函數(shù)在內(nèi)核態(tài)運(yùn)行，而信號(hào)處理程序在用戶態(tài)運(yùn)行；這意味著當(dāng)前進(jìn)程必須首先在用戶態(tài)執(zhí)行信號(hào)處理程序，然后才能被允許恢復(fù)其“正常”執(zhí)行。此外，當(dāng)內(nèi)核試圖恢復(fù)進(jìn)程的正常執(zhí)行時(shí)，內(nèi)核堆棧不再包含被中斷程序的硬件上下文，因?yàn)閮?nèi)核堆棧在每次從用戶態(tài)轉(zhuǎn)換到內(nèi)核態(tài)時(shí)都會(huì)被清空。

下圖11-2說(shuō)明了捕獲信號(hào)的函數(shù)執(zhí)行流程。假設(shè)非阻塞信號(hào)被發(fā)送給進(jìn)程。中斷或異常發(fā)生時(shí)，進(jìn)程切換到內(nèi)核態(tài)。在即將返回到用戶態(tài)之前，內(nèi)核調(diào)用do_signal()函數(shù)，依次處理信號(hào)（handle_signal()）并配置用戶態(tài)棧（setup_frame()或setup_rt_frame()）。進(jìn)程切換到用戶態(tài)后，開(kāi)始執(zhí)行信號(hào)處理程序，因?yàn)樵撎幚沓绦虻牡刂繁粡?qiáng)制加載到了PC程序計(jì)數(shù)器中。當(dāng)信號(hào)程序終止后，調(diào)用setup_frame()或setup_rt_frame()將返回代碼加載到用戶態(tài)棧中。這段返回代碼會(huì)調(diào)用sigreturn()和rt_sigreturn()系統(tǒng)調(diào)用；相應(yīng)的服務(wù)例程會(huì)將正常程序的硬件上下文內(nèi)容拷貝到內(nèi)核態(tài)棧并將用戶態(tài)棧恢復(fù)到其原始狀態(tài)（restore_sigcontext()）。當(dāng)系統(tǒng)調(diào)用終止時(shí)，正常程序繼續(xù)其執(zhí)行。

圖11-2 捕獲一個(gè)信號(hào)

現(xiàn)在，讓我們看一下其執(zhí)行細(xì)節(jié)：

2.1 Setting up the frame

為了正確設(shè)置進(jìn)程的用戶態(tài)棧，handle_signal()函數(shù)既可以調(diào)用setup_frame()（對(duì)于那些不需要siginfo_t的信號(hào)），也可以調(diào)用setup_rt_frame()（對(duì)于那些確定需要siginfo_t的信號(hào)）。具體調(diào)用哪個(gè)函數(shù)，依賴(lài)于信號(hào)的sigaction表中sa_flags字段的SA_SIGINFO標(biāo)志。

接下來(lái)，我們看一下setup_frame()函數(shù)的具體實(shí)現(xiàn)：（Linux內(nèi)核版本是v2.6.11，文件位置：arch/x86_64/kernel/signal.c）

/*這些符號(hào)的定義在vsyscall內(nèi)存頁(yè)中，查看vsyscall-sigreturn.S文件*/
externvoid__user__kernel_sigreturn;
externvoid__user__kernel_rt_sigreturn;

staticvoidsetup_frame(intsig,structk_sigaction*ka,
sigset_t*set,structpt_regs*regs)
{
void__user*restorer;
structsigframe__user*frame;
interr=0;
intusig;

frame=get_sigframe(ka,regs,sizeof(*frame));

if(!access_ok(VERIFY_WRITE,frame,sizeof(*frame)))
gotogive_sigsegv;

usig=current_thread_info()->exec_domain
&¤t_thread_info()->exec_domain->signal_invmap
&&sigexec_domain->signal_invmap[sig]
:sig;

err=__put_user(usig,&frame->sig);
if(err)
gotogive_sigsegv;

err=setup_sigcontext(&frame->sc,&frame->fpstate,regs,set->sig[0]);
if(err)
gotogive_sigsegv;

if(_NSIG_WORDS>1){
err=__copy_to_user(&frame->extramask,&set->sig[1],
sizeof(frame->extramask));
if(err)
gotogive_sigsegv;
}

restorer=&__kernel_sigreturn;
if(ka->sa.sa_flags&SA_RESTORER)
restorer=ka->sa.sa_restorer;

/*Setuptoreturnfromuserspace.*/
err|=__put_user(restorer,&frame->pretcode);

/*
*Thisispopl%eax;movl$,%eax;int$0x80
*
*WEDONOTUSEITANYMORE!It'sonlylefthereforhistorical
*reasonsandbecausegdbusesitasasignaturetonotice
*signalhandlerstackframes.
*/
err|=__put_user(0xb858,(short__user*)(frame->retcode+0));
err|=__put_user(__NR_sigreturn,(int__user*)(frame->retcode+2));
err|=__put_user(0x80cd,(short__user*)(frame->retcode+6));

if(err)
gotogive_sigsegv;

/*為信號(hào)處理程序配置寄存器*/
regs->esp=(unsignedlong)frame;
regs->eip=(unsignedlong)ka->sa.sa_handler;
regs->eax=(unsignedlong)sig;
regs->edx=(unsignedlong)0;
regs->ecx=(unsignedlong)0;

/*恢復(fù)用戶態(tài)的段寄存器*/
set_fs(USER_DS);
regs->xds=__USER_DS;
regs->xes=__USER_DS;
regs->xss=__USER_DS;
regs->xcs=__USER_CS;

/*在進(jìn)入信號(hào)處理程序時(shí)清除TF標(biāo)志，但通知正在單步跟蹤的跟蹤器，
*跟蹤器也可能希望在信號(hào)處理程序內(nèi)部進(jìn)行單步執(zhí)行
*/
regs->eflags&=~TF_MASK;
if(test_thread_flag(TIF_SINGLESTEP))
ptrace_notify(SIGTRAP);
//...省略，打印調(diào)試信息，然后返回。

give_sigsegv:
force_sigsegv(sig,current);
}

setup_frame()接收4個(gè)參數(shù)，如下所示：

sig

信號(hào)

ka

信號(hào)的k_sigaction表地址

oldset

阻塞信號(hào)的位掩碼組地址

regs

用戶態(tài)寄存器內(nèi)容在內(nèi)核棧的保存位置

setup_frame()將一個(gè)稱(chēng)為frame的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)壓倒用戶態(tài)棧中，該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)著處理信號(hào)和能夠正確返回到sys_sigreturn()函數(shù)的所需要信息。frame是一個(gè)sigframe表，包含以下字段（參見(jiàn)圖11-3）：

pretcode

信號(hào)處理程序的返回地址。其實(shí)就是__kernel_sigreturn標(biāo)簽處的匯編代碼。

sig

信號(hào)，信號(hào)處理程序需要的一個(gè)參數(shù)。

sc

包含用戶態(tài)進(jìn)程即將切換到內(nèi)核態(tài)之前的進(jìn)程上下文內(nèi)容，其數(shù)據(jù)類(lèi)型為sigcontext（這些信息是從current的內(nèi)核態(tài)棧中拷貝而來(lái)）。另外，它還包含一個(gè)進(jìn)程阻塞信號(hào)的位數(shù)組。

fpstate

用來(lái)保存用戶態(tài)進(jìn)程的浮點(diǎn)寄存器信息，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型為_(kāi)fpstate。（參見(jiàn)第3章的保存和加載FPU、MMX和XMM寄存器）。

extramask

指定阻塞實(shí)時(shí)信號(hào)的位數(shù)組。

retcode

發(fā)起sigreturn()系統(tǒng)調(diào)用的8字節(jié)代碼。在Linux早期版本中，這段代碼用來(lái)從信號(hào)處理程序返回；但Linux 2.6版本以后，僅用作符號(hào)簽名，以便調(diào)試器可以識(shí)別信號(hào)的棧幀。

圖11-3 用戶態(tài)棧上的frame

setup_frame()函數(shù)調(diào)用get_sigframe()計(jì)算frame第一個(gè)內(nèi)存位置，因?yàn)樵搩?nèi)存位置位于用戶態(tài)棧上，所以函數(shù)返回的值為(regs->esp - sizeof(struct sigframe)) & 0xfffffff8。

Linux允許進(jìn)程調(diào)用signaltstack()系統(tǒng)調(diào)用為它們的信號(hào)處理程序指定一個(gè)替換棧；這個(gè)特性也是X/Open標(biāo)準(zhǔn)要求的。如果使用的是替換棧，get_sigframe()函數(shù)返回的是替換棧中的一個(gè)地址。對(duì)于此特性，我們不過(guò)多討論，從概念上講，其與常規(guī)信號(hào)處理非常類(lèi)似。

因?yàn)樵趚86架構(gòu)上，棧是向下增長(zhǎng)的，所以，frame的首地址等于當(dāng)前棧頂位置的地址減去frame的大小，結(jié)果按照8字節(jié)對(duì)齊。

返回地址使用access_ok進(jìn)行驗(yàn)證：如果合法，函數(shù)重復(fù)調(diào)用__put_user()，以便填充frame的所有字段。pretcode字段初始化為&__kernel_sigreturn，這是vsyscall內(nèi)存頁(yè)上的一段匯編代碼地址。（參見(jiàn)第10章的通過(guò)sysenter指令發(fā)起系統(tǒng)調(diào)用的一節(jié)）

接下來(lái)，修改內(nèi)核態(tài)棧的regs內(nèi)容，保證當(dāng)current切換到用戶態(tài)時(shí)，CPU控制權(quán)能夠傳遞給信號(hào)處理程序：

regs->esp=(unsignedlong)frame;
regs->eip=(unsignedlong)ka->sa.sa_handler;
regs->eax=(unsignedlong)sig;
regs->edx=regs->ecx=0;
regs->xds=regs->xes=regs->xss=__USER_DS;
regs->xcs=__USER_CS;

最后，setup_frame()函數(shù)將保存在內(nèi)核態(tài)棧上的段寄存器復(fù)位成用戶態(tài)默認(rèn)值而終止。現(xiàn)在，信號(hào)處理程序所需的信息都在用戶態(tài)棧頂位置了。

setup_rt_frame()函數(shù)與setup_frame()類(lèi)似，但是它把一個(gè)擴(kuò)展幀（數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為rt_sigframe）存放到了用戶態(tài)棧中，該擴(kuò)展幀還包括與信號(hào)有關(guān)的siginfo_t表的內(nèi)容。此外，該函數(shù)還將pretcode字段指向vsyscall內(nèi)存頁(yè)中的__kernel_rt_sigreturn代碼段。

2.2 計(jì)算信號(hào)標(biāo)志

配置完用戶態(tài)棧后，handle_signal()函數(shù)檢查與該信號(hào)相關(guān)的標(biāo)志。如果該信號(hào)沒(méi)有設(shè)置SA_NODEFER標(biāo)志，則在信號(hào)處理程序執(zhí)行期間，sigaction表中的sa_mask字段中的所有信號(hào)必須被阻塞，以便該信號(hào)快速處理完成：

if(!(ka->sa.sa_flags&SA_NODEFER)){
spin_lock_irq(¤t->sighand->siglock);
sigorsets(¤t->blocked,¤t->blocked,&ka->sa.sa_mask);
sigaddset(¤t->blocked,sig);
recalc_sigpending(current);
spin_unlock_irq(¤t->sighand->siglock);
}

正如先前描述的，recalc_sigpending()函數(shù)檢查該進(jìn)程是否有非阻塞的掛起信號(hào)，并設(shè)置其相應(yīng)的TIF_SIGPENDING標(biāo)志。

完成之后，返回do_signal()，隨即也返回。

2.3 啟動(dòng)信號(hào)處理程序

當(dāng)從do_signal()返回后，當(dāng)前進(jìn)程切換到用戶態(tài)執(zhí)行。因?yàn)閟etup_frame()的準(zhǔn)備工作，eip寄存器指向了信號(hào)處理程序的第一條指令，而esp指向了壓入用戶態(tài)棧頂?shù)膄rame的第一個(gè)內(nèi)存位置。于是，開(kāi)始執(zhí)行信號(hào)處理程序。

2.4 終止信號(hào)處理程序

當(dāng)信號(hào)處理程序執(zhí)行完成時(shí)，其棧頂?shù)姆祷氐刂分赶騰syscall內(nèi)存頁(yè)（frame中的pretcode字段）

__kernel_sigreturn:
popl%eax
movl$__NR_sigreturn,%eax
int$0x80

因此，信號(hào)（也就是frame中的sig字段）被從棧中丟棄；然后，調(diào)用sigreturn()系統(tǒng)調(diào)用。

sys_sigreturn()函數(shù)計(jì)算regs（類(lèi)型為pt_regs）的地址，其中包含用戶進(jìn)程的硬件上下文內(nèi)容，以便完成內(nèi)核態(tài)切換到用戶態(tài)執(zhí)行。因?yàn)槲覀冊(cè)趶膬?nèi)核態(tài)切換到用戶態(tài)執(zhí)行信號(hào)處理程序的過(guò)程中，內(nèi)核態(tài)棧已經(jīng)被破壞，所以需要重新建立一個(gè)臨時(shí)內(nèi)核態(tài)棧，數(shù)據(jù)來(lái)源就是用戶態(tài)棧中配置的frame數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

asmlinkageintsys_sigreturn(unsignedlong__unused)
{
/*建立進(jìn)程在內(nèi)核態(tài)的臨時(shí)棧*/
structpt_regs*regs=(structpt_regs*)&__unused;
//內(nèi)核態(tài)棧中用戶存儲(chǔ)
structsigframe__user*frame=(structsigframe__user*)(regs->esp-8);
sigset_tset;
inteax;

/*驗(yàn)證`frame`數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是否正確*/
if(verify_area(VERIFY_READ,frame,sizeof(*frame)))
gotobadframe;
/*處理實(shí)時(shí)信號(hào)*/
if(__get_user(set.sig[0],&frame->sc.oldmask)
||(_NSIG_WORDS>1
&&__copy_from_user(&set.sig[1],&frame->extramask,
sizeof(frame->extramask))))
gotobadframe;

/*將在信號(hào)處理程序期間阻塞的信號(hào)恢復(fù)掛起狀態(tài)*/
sigdelsetmask(&set,~_BLOCKABLE);
spin_lock_irq(¤t->sighand->siglock);
current->blocked=set;
recalc_sigpending();
spin_unlock_irq(¤t->sighand->siglock);

/*將用戶態(tài)棧中的frame中保存的用戶進(jìn)程硬件上下文拷貝到內(nèi)核態(tài)棧，并移除frame*/
if(restore_sigcontext(regs,&frame->sc,&eax))
gotobadframe;
returneax;

/*錯(cuò)誤數(shù)據(jù)處理*/
badframe:
force_sig(SIGSEGV,current);
return0;
}

sys_sigreturn()函數(shù)計(jì)算出regs（類(lèi)型為pt_regs）的地址，它包含用戶進(jìn)程的硬件上下文內(nèi)容（參考第10章的參數(shù)傳遞一節(jié)。根據(jù)regs中的esp字段，就能推斷出用戶棧中的frame地址。

然后，從frame的sc字段中拷貝在調(diào)用信號(hào)處理程序之前被阻塞的信號(hào)（位數(shù)組）到當(dāng)前進(jìn)程current的blocked字段中。也就是將這些被阻塞的信號(hào)解除阻塞。調(diào)用recalc_sigpending()將這些信號(hào)重新加入到掛起信號(hào)隊(duì)列中。

接下來(lái)，sys_sigreturn()函數(shù)需要將frame的sc字段中的進(jìn)程硬件上下文拷貝到內(nèi)核態(tài)棧，并從用戶態(tài)棧中移除frame數(shù)據(jù)。這兩步的完成都是restore_sigcontext()函數(shù)實(shí)現(xiàn)的。

如果信號(hào)是由系統(tǒng)調(diào)用發(fā)送的（比如，rt_sigqueueinfo()），要求信號(hào)相關(guān)的siginfo_t表數(shù)據(jù)，其機(jī)制與上面類(lèi)似。擴(kuò)展幀中的pretcode字段指向__kernel_rt_sigreturn標(biāo)簽處的匯編代碼（位于vsyscall內(nèi)存頁(yè)），這段代碼會(huì)調(diào)用rt_sigreturn()系統(tǒng)調(diào)用。相應(yīng)的系統(tǒng)服務(wù)例程sys_rt_sigreturn()將擴(kuò)展幀中的進(jìn)程硬件上下文拷貝到內(nèi)核態(tài)棧，并且將擴(kuò)展幀從用戶態(tài)棧中移除，以便恢復(fù)原始的用戶態(tài)棧。

3 系統(tǒng)調(diào)用的重新執(zhí)行

對(duì)于系統(tǒng)調(diào)用請(qǐng)求，內(nèi)核有時(shí)不能立即滿足。這時(shí)候，發(fā)起系統(tǒng)調(diào)用的進(jìn)程會(huì)被置成TASK_INTERRUPTIBLE或TASK_UNINTERRUPTIBLE狀態(tài)。

如果進(jìn)程處于TASK_INTERRUPTIBLE狀態(tài)且其它進(jìn)程發(fā)送信號(hào)給它，內(nèi)核在沒(méi)有完成系統(tǒng)調(diào)用的情況下將進(jìn)程置為T(mén)ASK_RUNNING（參考第4章的從中斷和異常返回一節(jié)）。當(dāng)進(jìn)程想要切換回用戶態(tài)，同時(shí)信號(hào)傳遞過(guò)來(lái)時(shí)，系統(tǒng)調(diào)用服務(wù)例程還沒(méi)有完成其工作，所以會(huì)返回錯(cuò)誤碼EINTR、ERESTARTNOHAND、ERESTART_RESTARTBLOCK、ERESTARTSYS、ERESTARTNOINTR。

事實(shí)上，在這種場(chǎng)景下，用戶態(tài)進(jìn)程能得到的錯(cuò)誤碼只能是EINTR，這意味著系統(tǒng)調(diào)用還沒(méi)有完成。應(yīng)用編程者可以檢查這個(gè)錯(cuò)誤碼并決定是否重新發(fā)起系統(tǒng)調(diào)用。其余的錯(cuò)誤碼由內(nèi)核內(nèi)部使用，指定是否在信號(hào)處理程序結(jié)束之后自動(dòng)重新執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用。

表11-11 列出了未完成系統(tǒng)調(diào)用相關(guān)的錯(cuò)誤碼，以及它們?nèi)N信號(hào)默認(rèn)行為的影響。表中的術(shù)語(yǔ)說(shuō)明如下：

Terminate

系統(tǒng)調(diào)用將不會(huì)自動(dòng)重新執(zhí)行；進(jìn)程將切換到用戶態(tài)下int $0x80或sysenter之后的指令處繼續(xù)執(zhí)行，同時(shí)，通過(guò)寄存器eax返回-EINTR值。

Reexecute

內(nèi)核強(qiáng)制用戶進(jìn)程重新加載系統(tǒng)調(diào)用號(hào)（eax），然后重新調(diào)用int $0x80或sysenter；而進(jìn)程不會(huì)意識(shí)到重新執(zhí)行，也不會(huì)傳遞錯(cuò)誤碼給它。

Depends

只有被傳遞的信號(hào)設(shè)置了SA_RESTART標(biāo)志，系統(tǒng)調(diào)用才會(huì)被重新執(zhí)行；否則，系統(tǒng)調(diào)用將終止并返回錯(cuò)誤碼-EINTR。

表11-11 系統(tǒng)調(diào)用的重新執(zhí)行

信號(hào)行為	EINTR	ERESTARTSYS	ERESTARTNOHAND ERESTART_RESTARTBLOCK*	ERESTARTNOINTR
Default	Terminate	Reexecute	Reexecute	Reexecute
Ignore	Terminate	Reexecute	Reexecute	Reexecute
Catch	Terminate	Depends	Terminate	Reexecute

ERESTARTNOHAND和ERESTART_RESTARTBLOCK重啟系統(tǒng)調(diào)用的機(jī)制不同。

在傳遞信號(hào)時(shí)，內(nèi)核必須在重新執(zhí)行它之前確保進(jìn)程發(fā)起了系統(tǒng)調(diào)用。這就是regs寄存器上下文的orig_eax字段發(fā)揮關(guān)鍵作用的地方。讓我們回憶一下，當(dāng)中斷或異常處理程序啟動(dòng)時(shí)，這個(gè)字段是如何初始化的:

中斷

該字段為中斷IRQ減去256（因?yàn)橹袛嗵?hào)數(shù)量小于224，減去256表示內(nèi)核使用負(fù)數(shù)表示IRQ）（參考第4章的為中斷處理程序保存寄存器）。

0x80異常（包括sysenter）

該字段包含系統(tǒng)調(diào)用號(hào)（第10章的進(jìn)入和推出系統(tǒng)調(diào)用一節(jié)）。

其它異常

該字段為–1（參考第4章的為異常處理程序保存寄存器）。

因此，orig_eax中的非負(fù)值意味著信號(hào)喚醒了一個(gè)在系統(tǒng)調(diào)用中休眠的可中斷進(jìn)程（TASK_INTERRUPTIBLE）。服務(wù)例程意識(shí)到了系統(tǒng)調(diào)用被中斷，因此返回一個(gè)前面提到的錯(cuò)誤碼。

3.1 重新啟動(dòng)non-caught信號(hào)中斷的系統(tǒng)調(diào)用

對(duì)于被忽略或執(zhí)行默認(rèn)動(dòng)作的信號(hào)，do_signal()分析系統(tǒng)調(diào)用的錯(cuò)誤碼，判斷系統(tǒng)調(diào)用是否自動(dòng)重新執(zhí)行，如表11-1所示。如果系統(tǒng)調(diào)用必須重啟，則修改regs上下文內(nèi)容：eip-2表示將eip指向int $0x80或sysenter，eax包含系統(tǒng)調(diào)用號(hào)：

if(regs->orig_eax>=0){
if(regs->eax==-ERESTARTNOHAND||regs->eax==-ERESTARTSYS||
regs->eax==-ERESTARTNOINTR){
regs->eax=regs->orig_eax;
regs->eip-=2;
}
if(regs->eax==-ERESTART_RESTARTBLOCK){
regs->eax=__NR_restart_syscall;
regs->eip-=2;
}
}

regs->eax包含著系統(tǒng)調(diào)用服務(wù)例程的返回碼（參加第10章的進(jìn)入和退出系統(tǒng)調(diào)用一節(jié)）。因?yàn)閕nt $0x80和sysreturn指令都是2個(gè)字節(jié)長(zhǎng)度，所以eip-2指向了int $0x80或sysenter，可以再次觸發(fā)系統(tǒng)調(diào)用。

錯(cuò)誤碼ERESTART_RESTARTBLOCK是特殊的，因?yàn)閑ax被設(shè)置為了restart_syscall()系統(tǒng)調(diào)用號(hào)；因此，用戶不會(huì)重新啟動(dòng)被信號(hào)中斷的同一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用。此錯(cuò)誤碼只有與時(shí)間有關(guān)的系統(tǒng)調(diào)用使用，這些系統(tǒng)調(diào)用重新啟動(dòng)時(shí)，應(yīng)該調(diào)整其用戶態(tài)參數(shù)。典型的例子是nanosleep()系統(tǒng)調(diào)用（參考第6章的動(dòng)態(tài)定時(shí)器的應(yīng)用：nanosleep()系統(tǒng)調(diào)用）：假設(shè)進(jìn)程調(diào)用它來(lái)暫停執(zhí)行20毫秒，隨后過(guò)了10毫秒之后發(fā)生了一個(gè)信號(hào)。如果系統(tǒng)調(diào)用還和平常一樣重啟，那么，總的延時(shí)時(shí)間會(huì)超過(guò)30毫秒。

相反，如果nanosleep()系統(tǒng)調(diào)用服務(wù)例程被中斷，則使用特殊服務(wù)例程的地址填充current進(jìn)程的thread_info結(jié)構(gòu)體的restart_block字段，并返回ERESTART_RESTARTBLOCK錯(cuò)誤碼。sys_restart_syscall()服務(wù)例程只執(zhí)行前面特殊的服務(wù)里程，計(jì)算首次調(diào)用和重新啟動(dòng)之間經(jīng)過(guò)的時(shí)間，從而調(diào)整延時(shí)。

3.2 重新啟動(dòng)caught信號(hào)中斷的系統(tǒng)調(diào)用

如果信號(hào)需要捕獲處理，handle_signal()分析錯(cuò)誤碼，根據(jù)sigaction中的SA_RESTART標(biāo)志，判斷是否需要重啟：

if(regs->orig_eax>=0){
switch(regs->eax){
case-ERESTART_RESTARTBLOCK:
case-ERESTARTNOHAND:
regs->eax=-EINTR;
break;
case-ERESTARTSYS:
if(!(ka->sa.sa_flags&SA_RESTART)){
regs->eax=-EINTR;
break;
}
/*fallthrough*/
case-ERESTARTNOINTR:
regs->eax=regs->orig_eax;
regs->eip-=2;
}
}

如果必須重新啟動(dòng)系統(tǒng)調(diào)用，handle_signal()的處理方式與do_signal()完全相同；否則，它會(huì)向用戶進(jìn)程返回一個(gè)-EINTR錯(cuò)誤碼。

4 x86_64架構(gòu)-do_signal()

Linux內(nèi)核版本是v2.6.11，文件位置：arch/x86_64/kernel/signal.c：

/*
*注意init是一個(gè)特殊進(jìn)程：它不會(huì)收到不想處理的信號(hào)。所以，即使錯(cuò)誤地發(fā)送
*`SIGKILL`信號(hào)給它，也不會(huì)殺死它。
*/
intdo_signal(structpt_regs*regs,sigset_t*oldset)
{
structk_sigactionka;
siginfo_tinfo;
intsignr;

/*如果不是返回到用戶態(tài)，則直接返回。*/
if((regs->cs&3)!=3){
return1;
}

//...省略

if(!oldset)
oldset=¤t->blocked;

signr=get_signal_to_deliver(&info,&ka,regs,NULL);
if(signr>0){
/*
*在將信號(hào)傳遞到用戶空間之前重新啟動(dòng)多有觀察點(diǎn)。
*如果觀察點(diǎn)在內(nèi)核內(nèi)部觸發(fā)，寄存器將被清除。
*/
if(current->thread.debugreg7)
asmvolatile("movq%0,%%db7"::"r"(current->thread.debugreg7));

/*傳遞信號(hào)*/
handle_signal(signr,&info,&ka,oldset,regs);
return1;
}

no_signal:
/*是否是系統(tǒng)調(diào)用*/
//...省略(見(jiàn)前面第3.1節(jié)的處理)
return0;
}

x86-64架構(gòu)的handle_signal()函數(shù)（文件位置：arch/x86_64/kernel/signal.c）：

staticvoid
handle_signal(unsignedlongsig,siginfo_t*info,structk_sigaction*ka,
sigset_t*oldset,structpt_regs*regs)
{
//...省略（調(diào)試信號(hào)信息）

//省略（被中斷的系統(tǒng)調(diào)用的相關(guān)處理）

//省略（IA32_EMULATION配置）

setup_rt_frame(sig,ka,info,oldset,regs);

if(!(ka->sa.sa_flags&SA_NODEFER)){
spin_lock_irq(¤t->sighand->siglock);
sigorsets(¤t->blocked,¤t->blocked,&ka->sa.sa_mask);
sigaddset(¤t->blocked,sig);
recalc_sigpending();
spin_unlock_irq(¤t->sighand->siglock);
}
}

i386架構(gòu)的handle_signal()函數(shù)（文件位置：arch/i386/kernel/signal.c）：

staticvoid
handle_signal(unsignedlongsig,siginfo_t*info,structk_sigaction*ka,
sigset_t*oldset,structpt_regs*regs)
{
//省略（被中斷的系統(tǒng)調(diào)用的相關(guān)處理）

/*Setupthestackframe*/
if(ka->sa.sa_flags&SA_SIGINFO)
setup_rt_frame(sig,ka,info,oldset,regs);
else
setup_frame(sig,ka,oldset,regs);

if(!(ka->sa.sa_flags&SA_NODEFER)){
spin_lock_irq(¤t->sighand->siglock);
sigorsets(¤t->blocked,¤t->blocked,&ka->sa.sa_mask);
sigaddset(¤t->blocked,sig);
recalc_sigpending();
spin_unlock_irq(¤t->sighand->siglock);
}
}

staticvoidsetup_rt_frame(intsig,structk_sigaction*ka,siginfo_t*info,
sigset_t*set,structpt_regs*regs)
{
structrt_sigframe__user*frame;
struct_fpstate__user*fp=NULL;
interr=0;
structtask_struct*me=current;

if(used_math()){
fp=get_stack(ka,regs,sizeof(struct_fpstate));
frame=(void__user*)round_down((unsignedlong)fp-sizeof(structrt_sigframe),16)-8;

if(!access_ok(VERIFY_WRITE,fp,sizeof(struct_fpstate))){
gotogive_sigsegv;
}

if(save_i387(fp)sa.sa_flags&SA_SIGINFO){
err|=copy_siginfo_to_user(&frame->info,info);
if(err){
gotogive_sigsegv;
}
}

/*Createtheucontext.*/
err|=__put_user(0,&frame->uc.uc_flags);
err|=__put_user(0,&frame->uc.uc_link);
err|=__put_user(me->sas_ss_sp,&frame->uc.uc_stack.ss_sp);
err|=__put_user(sas_ss_flags(regs->rsp),
&frame->uc.uc_stack.ss_flags);
err|=__put_user(me->sas_ss_size,&frame->uc.uc_stack.ss_size);
err|=setup_sigcontext(&frame->uc.uc_mcontext,regs,set->sig[0],me);
err|=__put_user(fp,&frame->uc.uc_mcontext.fpstate);
if(sizeof(*set)==16){
__put_user(set->sig[0],&frame->uc.uc_sigmask.sig[0]);
__put_user(set->sig[1],&frame->uc.uc_sigmask.sig[1]);
}else{
err|=__copy_to_user(&frame->uc.uc_sigmask,set,sizeof(*set));
}

/*Setuptoreturnfromuserspace.Ifprovided,useastub
alreadyinuserspace.*/
/*x86-64shouldalwaysuseSA_RESTORER.*/
if(ka->sa.sa_flags&SA_RESTORER){
err|=__put_user(ka->sa.sa_restorer,&frame->pretcode);
}else{
/*coulduseavstubhere*/
gotogive_sigsegv;
}

if(err){
gotogive_sigsegv;
}

#ifdefDEBUG_SIG
printk("%doldrip%lxoldrsp%lxoldrax%lx
",current->pid,regs->rip,regs->rsp,regs->rax);
#endif

/*Setupregistersforsignalhandler*/
{
structexec_domain*ed=current_thread_info()->exec_domain;
if(unlikely(ed&&ed->signal_invmap&&sigsignal_invmap[sig];
}
regs->rdi=sig;
/*Incasethesignalhandlerwasdeclaredwithoutprototypes*/
regs->rax=0;

/*ThisalsoworksfornonSA_SIGINFOhandlersbecausetheyexpectthe
nextargumentafterthesignalnumberonthestack.*/
regs->rsi=(unsignedlong)&frame->info;
regs->rdx=(unsignedlong)&frame->uc;
regs->rip=(unsignedlong)ka->sa.sa_handler;

regs->rsp=(unsignedlong)frame;

set_fs(USER_DS);
if(regs->eflags&TF_MASK){
if((current->ptrace&(PT_PTRACED|PT_DTRACE))==(PT_PTRACED|PT_DTRACE)){
ptrace_notify(SIGTRAP);
}else{
regs->eflags&=~TF_MASK;
}
}

#ifdefDEBUG_SIG
printk("SIGdeliver(%s:%d):sp=%ppc=%pra=%p
",
current->comm,current->pid,frame,regs->rip,frame->pretcode);
#endif

return;

give_sigsegv:
force_sigsegv(sig,current);
}