正如我們所知，運(yùn)行在用戶態(tài)下的程序可以發(fā)送和接收信號(hào)。這意味著必須定義一組系統(tǒng)調(diào)用來允許這類操作。不幸的是，由于歷史原因，有些系統(tǒng)調(diào)用可能功能相同。 因此，其中一些系統(tǒng)調(diào)用永遠(yuǎn)不會(huì)被調(diào)用。例如，sys_sigaction()和sys_rt_sigaction()幾乎相同，因此C庫中包含的sigaction()包裝函數(shù)最終會(huì)調(diào)用sys_rt_sigaction()而不是sys_sigaction()。

1 kill()

kill(pid,sig)系統(tǒng)調(diào)用用來給常規(guī)進(jìn)程或多線程應(yīng)用程序發(fā)送信號(hào)，相應(yīng)的服務(wù)例程是sys_kill()。pid根據(jù)值的不同具有不同意義：

pid > 0：sig信號(hào)被發(fā)送給pid指定進(jìn)程所屬的線程組。

pid = 0：sig信號(hào)被發(fā)送給與調(diào)用進(jìn)程同一進(jìn)程組內(nèi)所有進(jìn)程的線程組。

pid = –1：sig信號(hào)被發(fā)送給所有進(jìn)程，除了swapper(PID 0)、init(PID 1和current進(jìn)程。

pid < –1：信號(hào)被發(fā)送給-pid進(jìn)程組中所有進(jìn)程的所屬線程組。

sys_kill()為信號(hào)建立一個(gè)最小siginfo_t表，然后調(diào)用kill_something_info():

info.si_signo=sig;
info.si_errno=0;
info.si_code=SI_USER;
info._sifields._kill._pid=current->tgid;
info._sifields._kill._uid=current->uid;
returnkill_something_info(sig,&info,pid);

繼而，kill_something_info()既可以調(diào)用kill_proc_info()（通過group_send_sig_info()發(fā)送信號(hào)給單個(gè)線程組），也可以調(diào)用kill_pg_info()（掃描目標(biāo)進(jìn)程組所有進(jìn)程并為每個(gè)進(jìn)程調(diào)用send_sig_info()），還可以為系統(tǒng)中的每個(gè)進(jìn)程重復(fù)調(diào)用group_send_sig_info()（pid=-1）。

kill()能夠發(fā)送任何信號(hào)，包括所謂的實(shí)時(shí)信號(hào)（32~64）。但是，正如我們?cè)谛盘?hào)的產(chǎn)生過程一節(jié)中看到的，kill()系統(tǒng)調(diào)用不能確保將信號(hào)添加到目標(biāo)進(jìn)程的掛起信號(hào)隊(duì)列中，因此可能會(huì)丟失多個(gè)掛起信號(hào)。實(shí)時(shí)信號(hào)應(yīng)該通過諸如rt_sigqueueinfo()之類的系統(tǒng)調(diào)用來發(fā)送。

System V和BSD Unix變體也有一個(gè)killpg()系統(tǒng)調(diào)用，它能夠顯式地向一組進(jìn)程發(fā)送信號(hào)。在Linux中，該函數(shù)是作為使用kill()系統(tǒng)調(diào)用的庫函數(shù)實(shí)現(xiàn)的。另一種變體是raise()，它向當(dāng)前進(jìn)程(即執(zhí)行函數(shù)的進(jìn)程)發(fā)送信號(hào)。在Linux中，raise()是作為庫函數(shù)實(shí)現(xiàn)的。

2 tkill()/tgkill()

tkill()和tgkill()向線程組中的特定進(jìn)程發(fā)送信號(hào)。每個(gè)兼容POSIX的pthread庫的pthread_kill()函數(shù)調(diào)用其中的一個(gè)來向特定的輕量級(jí)進(jìn)程發(fā)送信號(hào)。

tkill()需要2個(gè)參數(shù)：pid，目標(biāo)進(jìn)程的PID；sig，信號(hào)編碼。內(nèi)核中的sys_tkill()服務(wù)例程填充siginfo表，獲取進(jìn)程描述符地址，進(jìn)行一些權(quán)限檢查，并調(diào)用specific_send_sig_info()發(fā)送信號(hào)。

tgkill()不同于tkill()，它需要第3個(gè)參數(shù)：tgid，線程組ID，該線程組包含信號(hào)的目標(biāo)進(jìn)程。sys_tgkill()服務(wù)例程執(zhí)行與sys_tkill()完全相同的操作，但也檢查信號(hào)的目標(biāo)進(jìn)程是否屬于線程組tgid。這個(gè)額外的檢查解決了當(dāng)信號(hào)被發(fā)送到一個(gè)正在被終止的進(jìn)程時(shí)發(fā)生的競爭條件：如果另一個(gè)多線程應(yīng)用程序創(chuàng)建輕量級(jí)進(jìn)程的速度足夠快，那么信號(hào)可能會(huì)被傳遞給錯(cuò)誤的進(jìn)程。tgkill()解決了這個(gè)問題，因?yàn)榫€程組ID在多線程應(yīng)用程序的生命周期內(nèi)永遠(yuǎn)不會(huì)更改。

3 更改信號(hào)行為

sigaction(sig,act,oact)系統(tǒng)調(diào)用允許用戶為信號(hào)指定動(dòng)作；當(dāng)然，如果沒有定義信號(hào)動(dòng)作，內(nèi)核將執(zhí)行信號(hào)相關(guān)聯(lián)的默認(rèn)動(dòng)作。

相應(yīng)的sys_sigaction()服務(wù)例程作用于2個(gè)參數(shù)：sig，信號(hào)值；act，類型為old_sigaction的表，用以指定新行為；oact，可選輸出參數(shù)，用以獲取信號(hào)之前的行為動(dòng)作。（old_sigaction和sigaction具有相同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，但是成員順序不一致）

該函數(shù)首先檢查act地址是否有效。然后用*act的字段填充k_sigaction類型的new_ka局部變量的sa_handler、sa_flags和sa_mask字段：

__get_user(new_ka.sa.sa_handler,&act->sa_handler);
__get_user(new_ka.sa.sa_flags,&act->sa_flags);
__get_user(mask,&act->sa_mask);
siginitset(&new_ka.sa.sa_mask,mask);

函數(shù)調(diào)用do_sigaction()將新的new_ka表復(fù)制到current->sig->action表的第sig-1項(xiàng)中：

k=¤t->sig->action[sig-1];
if(act){
*k=*act;
sigdelsetmask(&k->sa.sa_mask,sigmask(SIGKILL)|sigmask(SIGSTOP));
if(k->sa.sa_handler==SIG_IGN||(k->sa.sa_handler==SIG_DFL&&
(sig==SIGCONT||sig==SIGCHLD||sig==SIGWINCH||sig==SIGURG))){
rm_from_queue(sigmask(sig),¤t->signal->shared_pending);
t=current;
do{
rm_from_queue(sigmask(sig),¤t->pending);
recalc_sigpending_tsk(t);
t=next_thread(t);
}while(t!=current);
}
}

POSIX標(biāo)準(zhǔn)要求，當(dāng)默認(rèn)動(dòng)作為ignore時(shí)，將信號(hào)動(dòng)作設(shè)置為SIG_IGN或SIG_DFL會(huì)導(dǎo)致所有相同類型的掛起信號(hào)被丟棄。此外，請(qǐng)注意，無論信號(hào)處理程序請(qǐng)求的屏蔽信號(hào)是什么，SIGKILL和SIGSTOP都不會(huì)被屏蔽。

sigaction()系統(tǒng)調(diào)用還允許用戶初始化sigaction表中的sa_flags字段。我們?cè)谇懊嬖?jīng)列出了該字段允許的值和相關(guān)含義。

舊的System V Unix變體提供了signal()系統(tǒng)調(diào)用，它仍然被程序員廣泛使用。最近的C庫通過rt_sigaction()實(shí)現(xiàn)了signal()。然而，Linux仍然支持舊的C庫，并提供sys_signal()服務(wù)例程:

new_sa.sa.sa_handler=handler;
new_sa.sa.sa_flags=SA_ONESHOT|SA_NOMASK;
ret=do_sigaction(sig,&new_sa,&old_sa);
returnret?ret:(unsignedlong)old_sa.sa.sa_handler;

4 檢查掛起的阻塞信號(hào)

sigpending()系統(tǒng)調(diào)用允許進(jìn)程檢查掛起的阻塞信號(hào)集，例如那些在阻塞時(shí)產(chǎn)生的信號(hào)。對(duì)應(yīng)的sys_sigpending()服務(wù)例程作用于單個(gè)參數(shù)set，用戶變量的地址，在其中，位數(shù)組需要被拷貝：

sigorsets(&pending,¤t->pending.signal,
¤t->signal->shared_pending.signal);
sigandsets(&pending,¤t->blocked,&pending);
copy_to_user(set,&pending,4);

5 修改阻塞信號(hào)集

sigprocmask()系統(tǒng)調(diào)用允許進(jìn)程修改阻塞信號(hào)集； 它僅適用于常規(guī)（非實(shí)時(shí)）信號(hào)。 相應(yīng)的sys_sigprocmask()服務(wù)例程作用于3個(gè)參數(shù)：

oset： 進(jìn)程地址空間中，指向存儲(chǔ)先前位掩碼的位數(shù)組的指針。

set： 進(jìn)程地址空間中，指向存儲(chǔ)新位掩碼的位數(shù)組的指針。

how：標(biāo)志，可取的值如下所示：

SIG_BLOCK：set指向的位掩碼數(shù)組必須被添加阻塞信號(hào)的位掩碼數(shù)組中。

SIG_UNBLOCK：set指向的位掩碼數(shù)組必須從阻塞信號(hào)的位掩碼數(shù)組中移除。

SIG_SETMASK：set指向的位掩碼數(shù)組設(shè)定為新的阻塞信號(hào)的位掩碼數(shù)組。

該函數(shù)調(diào)用copy_from_user()將set指向的值拷貝到new_set這個(gè)局部變量中，并將current進(jìn)程的阻塞的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的位掩碼數(shù)組拷貝到old_set這個(gè)局部變量中。然后根據(jù)how標(biāo)志設(shè)置這兩個(gè)變量：

if(copy_from_user(&new_set,set,sizeof(*set)))
return-EFAULT;
new_set&=~(sigmask(SIGKILL)|sigmask(SIGSTOP));
old_set=current->blocked.sig[0];
if(how==SIG_BLOCK)
sigaddsetmask(¤t->blocked,new_set);
elseif(how==SIG_UNBLOCK)
sigdelsetmask(¤t->blocked,new_set);
elseif(how==SIG_SETMASK)
current->blocked.sig[0]=new_set;
else
return-EINVAL;
recalc_sigpending(current);
if(oset&©_to_user(oset,&old_set,sizeof(*oset)))
return-EFAULT;
return0;

6 掛起進(jìn)程

在阻塞了由mask參數(shù)對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)之后，sigsuspend()系統(tǒng)調(diào)用將進(jìn)程置于TASK_INTERRUPTIBLE狀態(tài)。只有當(dāng)一個(gè)非忽略、非阻塞的信號(hào)被發(fā)送給進(jìn)程時(shí)，進(jìn)程才會(huì)被喚醒。

相應(yīng)的sys_sigsuspend()服務(wù)例程執(zhí)行以下內(nèi)容:

mask&=~(sigmask(SIGKILL)|sigmask(SIGSTOP));
saveset=current->blocked;
siginitset(¤t->blocked,mask);
recalc_sigpending(current);
regs->eax=-EINTR;
while(1){
current->state=TASK_INTERRUPTIBLE;
schedule();
if(do_signal(regs,&saveset))
return-EINTR;
}

將進(jìn)程設(shè)置為可中斷的掛起狀態(tài)后，調(diào)用schedule()函數(shù)選擇其它進(jìn)程來運(yùn)行。 當(dāng)發(fā)出sigsuspend()系統(tǒng)調(diào)用的進(jìn)程再次執(zhí)行時(shí)，sys_sigsuspend()調(diào)用do_signal()函數(shù)來傳遞喚醒進(jìn)程的信號(hào)。 如果該函數(shù)返回值1，則不會(huì)忽略該信號(hào)。因此，系統(tǒng)調(diào)用通過返回錯(cuò)誤代碼-EINTR來終止。

其實(shí)，這個(gè)功能完全可以通過組合sigprocmask()和sleep()來實(shí)現(xiàn)。但是，sigsuspend()解決了一個(gè)競態(tài)問題：因?yàn)檫M(jìn)程隨時(shí)會(huì)交叉執(zhí)行，先通過系統(tǒng)調(diào)用執(zhí)行A動(dòng)作，然后通過系統(tǒng)調(diào)用執(zhí)行B動(dòng)作，并不等價(jià)于通過單個(gè)系統(tǒng)調(diào)用直接執(zhí)行A和B兩個(gè)動(dòng)作。

這種情況下，sigprocmask()可能會(huì)在調(diào)用sleep()之前對(duì)信號(hào)解除阻塞。如果這個(gè)發(fā)生，因?yàn)閱拘研盘?hào)已經(jīng)傳遞過，從而進(jìn)程得不到喚醒而永遠(yuǎn)留在TASK_INTERRUPTIBLE狀態(tài)。相反，sigsuspend()不允許在解除阻塞之后和schedule()調(diào)用之前發(fā)送信號(hào)，因?yàn)槠渌M(jìn)程在這個(gè)時(shí)間段不可能搶占CPU時(shí)間。

7 實(shí)時(shí)信號(hào)的系統(tǒng)調(diào)用

前面介紹的系統(tǒng)調(diào)用都是針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的，對(duì)于實(shí)時(shí)信號(hào)有專門的的系統(tǒng)調(diào)用。

實(shí)時(shí)信號(hào)的系統(tǒng)調(diào)用，如rt_sigaction()、rt_sigpending()、rt_sigprocmask()、rt_sigsuspend()與前面的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用類似，不再贅述。簡單介紹一下實(shí)時(shí)信號(hào)隊(duì)列相關(guān)的兩個(gè)系統(tǒng)調(diào)用：

rt_sigqueueinfo()

發(fā)送實(shí)時(shí)信號(hào)，以便將其添加目標(biāo)進(jìn)程的共享掛起信號(hào)隊(duì)列中。通常通過標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)中的sigqueue()實(shí)現(xiàn)。

rt_sigtimedwait()

將阻塞的掛起信號(hào)從隊(duì)列中取出而不發(fā)送它，并將信號(hào)值返回給調(diào)用者；如果沒有阻塞信號(hào)掛起，則將當(dāng)前進(jìn)程掛起一段固定的時(shí)間。通常通過標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)sigwaitinfo()和sigtimedwait()調(diào)用。

審核編輯：湯梓紅