Linux 信号机制深度剖析：从信号捕捉到 SIGCHLD 处理

Linux 信号机制深度剖析

一、信号捕捉

1.1 信号捕捉的流程

1. 当我们执行 main 函数，执行到一定程度的时候，进程可能由于某些原因导致进入操作系统内部，比如系统调用。
2. 在系统调用内部把需要执行的程序执行完，正常情况下再返回到主执行流继续向下执行。
3. 但是操作系统在返回之前会检查当前的进程是否收到对应的信号，对应的信号是否被 block。如果收到了信号并且没有被 block，操作系统反而会进入信号处理的流程。
4. 如果信号处理函数是自定义的，操作系统会由内核态转变为用户态，执行对应的 handler 方法，执行完毕之后，再使用特定的系统调用（sigreturn）返回到内核处，再由内核态返回到用户态，继续执行主执行流下面的方法。

在内核态返回到用户态做信号检查，检查到特定信号的处理动作是忽略呢？

• 操作系统只需要把 pending 比特位由 1 改回 0，然后返回到用户层，继续向后运行。

在内核态返回到用户态做信号检查，检查到特定信号的处理动作是默认呢？

• 大部分信号的默认处理动作都是终止进程，我们此时在内核态，发现此信号的默认处理动作就是终止，操作系统就会直接把我们的进程杀掉，释放 PCB，释放地址空间。

总结：

• 信号的执行时间：进程从内核态返回到用户态的时候。
• 处理的信号是忽略信号：操作系统只需要把 pending 表中的 1->0 即可，然后返回到用户层。
• 处理的信号是默认信号：大多数信号的默认处理动作是终止进程，如果处理的信号是默认信号，操作系统就会直接终止掉当前进程，释放 PCB，释放地址空间等资源。

所以信号处理默认动作和忽略动作要比处理自定义捕捉简单。

当我们处理自定义捕捉时，从内核态转换到用户态，那么执行 handler 的人是谁呢？是用户还是操作系统？ 答案是用户执行。 不是操作系统执行的原因是如果用户在自己的代码中有一个非法操作呢。 因此在执行自定义方法时（用户写的），操作系统要做一次身份切换，以用户的身份执行自定义的方法。 当自定义方法执行完后，又要执行特殊的系统调用 sigreturn 再次进入内核这是怎么做到的呢？可以通过类似栈帧技术来完成。

我们和进程凭什么进入内核？ while(true){} 这种代码运行时也是一个进程，它也会进入内核吗？ 答案是是的，因为这中代码运行起来也是一个进程，它也会被调度，Linux 中的进程持有 CPU 不是说把这个进程跑完才这个进程才结束，每一个进程都有它自己的时间片，时间片到了操作系统就会把当前进程剥离下来，这个进程就不会被调度了，当下次调度到你时你才重新上，看起来我们的 while 循环一直被打印，其实我们的 while 循环在一直消耗时间片，时间片消耗完了就把此进程从 CPU 上拿下来了。进程的时间片到了之后操作系统就强制性的不让此进程执行，强制不让此进程执行就是操作系统强制介入，最后强制进入内核态。

1.2 穿插话题 - 操作系统是怎么运行起来的

1.2.1 硬件中断

当我们按下硬件设备时，操作系统就会向 CPU 的针脚发送一个叫做硬件中断的东西。

我们之前讲的冯诺依曼体系结构中，输入设备必须将数据从外设先搬到内存中，然后 CPU 只去访问内存就可以，这叫做数据信号，但并不意味着 CPU 不能和外设相连接，我们的外设可以和 CPU 通过线路连接到一起，只不过不以拷贝数据为目的，主要是为了传递信息。

CPU 上面的针脚可以间接的和外部设备做信息沟通。其实外部设备它的这些中断信息并没有和 CPU 直接相连，在硬件上会有一个叫做中断控制器的东西。 寄存器不一定在 CPU 中才有，在外部设备中也有。

硬件设备是让 CPU 知道某个外部设备'准备好了'，但是是写还是读 CPU 并不知道，所以我们又来引申出来一个概念叫做中断向量表（IDT），其实就是一个函数指针数组。这个数组的内容是提取中断的中断方法，数组的下标表示提取中断的中断号。IDT 是操作系统的一部分。

所以总的流程就是外部设备'准备好了'， 通过中断控制器来获取中断号，然后 执行内核代码访问中断向量表，拿着获取的中断号，找到对应的中断方法。