德行：顔淵，闵子骞，冉伯牛，仲弓。言語：宰我，子貢。政事：冉有，季路。文學：子遊，子夏。 《論語》：先進篇
百篇部落格系列篇.本篇為:
v48.xx 鴻蒙核心源碼分析(信号生産篇) | 年過半百，依然活力十足
程序管理相關篇為:
- v02.06 鴻蒙核心源碼分析(程序管理) | 誰在管理核心資源
- v24.03 鴻蒙核心源碼分析(程序概念) | 程序在管理哪些資源
- v45.05 鴻蒙核心源碼分析(Fork) | 一次調用，兩次傳回
- v46.05 鴻蒙核心源碼分析(特殊程序) | 老鼠生兒會打洞
- v47.02 鴻蒙核心源碼分析(程序回收) | 臨終前如何向老祖宗托孤
- v48.05 鴻蒙核心源碼分析(信号生産) | 年過半百，依然活力十足
- v49.03 鴻蒙核心源碼分析(信号消費) | 誰讓CPU連續四次換棧運作
- v71.03 鴻蒙核心源碼分析(Shell編輯) | 兩個任務，三個階段
- v72.01 鴻蒙核心源碼分析(Shell解析) | 應用窺伺核心的視窗
信号生産
關于信号篇，本隻想寫一篇，但發現把它想簡單了，内容不多，難度極大.整理了好長時間，了解了為何<<深入了解linux核心>>要單獨為它開一章，原因有二
- 信号相關的結構體多，而且還容易搞混.是以看本篇要注意結構體的名字和作用.
- 系統調用太多了，涉及面廣，信号的來源分硬體和軟體.相當于軟中斷和硬中斷，這就會涉及到彙編代碼，但信号的處理函數又在使用者空間，CPU是禁止核心态執行使用者态代碼的，是以運作過程需在使用者空間和核心空間來回的折騰，頻繁的切換上下文.
信号思想來自Unix，它老人家已經五十多歲了，但很有活力，許多方面幾乎沒發生大的變化.信号可以由核心産生，也可以由使用者程序産生，并由核心傳送給特定的程序或線程(組)，若這個程序定義了自己的信号處理程式，則調用這個程式去處理信号，否則則執行預設的程式或者忽略.
信号為系統提供了一種程序間異步通訊的方式，一個程序不必通過任何操作來等待信号的到達。事實上，程序也不可能知道信号到底什麼時候到達。一般來說，隻需使用者程序提供信号處理函數，核心會想方設法調用信号處理函數，網上查閱了很多的關于信号的資料.個人想換個視角去看信号.把異步過程了解為生産者(安裝和發送信号)和消費者(捕捉和處理信号)兩個過程.鑒于此，系列篇将分成兩篇說明，本篇為信号生産篇:
- v48.xx (信号生産篇) | 年過半百，依然活力十足
- v49.xx (信号消費篇) | 誰讓CPU連續四次換棧運作
信号分類
每個信号都有一個名字和編号，這些名字都以
SIG
開頭，例如
SIGQUIT
、
SIGCHLD
等等。
信号定義在signal.h頭檔案中，信号名都定義為正整數。
具體的信号名稱可以使用
kill -l
來檢視信号的名字以及序号，信号是從1開始編号的，不存在0号信号。不過
kill
對于信号0有特殊的應用。啥用呢? 可用來查詢程序是否還在. 敲下
kill 0 pid
就知道了.
信号分為兩大類：可靠信号與不可靠信号，前32種信号為不可靠信号，後32種為可靠信号。
- 不可靠信号： 也稱為非實時信号，不支援排隊，信号可能會丢失， 比如發送多次相同的信号， 程序隻能收到一次. 信号值取值區間為1~31；
- 可靠信号： 也稱為實時信号，支援排隊， 信号不會丢失， 發多少次， 就可以收到多少次. 信号值取值區間為32~64
#define SIGHUP 1 //終端挂起或者控制程序終止
#define SIGINT 2 //鍵盤中斷（ctrl + c）
#define SIGQUIT 3 //鍵盤的退出鍵被按下
#define SIGILL 4 //非法指令
#define SIGTRAP 5 //跟蹤陷阱（trace trap），啟動程序，跟蹤代碼的執行
#define SIGABRT 6 //由abort(3)發出的退出指令
#define SIGIOT SIGABRT //abort發出的信号
#define SIGBUS 7 //總線錯誤
#define SIGFPE 8 //浮點異常
#define SIGKILL 9 //常用的指令 kill 9 123 | 不能被忽略、處理和阻塞
#define SIGUSR1 10 //使用者自定義信号1
#define SIGSEGV 11 //無效的記憶體引用， 段違例（segmentation violation），程序試圖去通路其虛位址空間以外的位置
#define SIGUSR2 12 //使用者自定義信号2
#define SIGPIPE 13 //向某個非讀管道中寫入資料
#define SIGALRM 14 //由alarm(2)發出的信号，預設行為為程序終止
#define SIGTERM 15 //終止信号
#define SIGSTKFLT 16 //棧溢出
#define SIGCHLD 17 //子程序結束信号
#define SIGCONT 18 //程序繼續（曾被停止的程序）
#define SIGSTOP 19 //終止程序 | 不能被忽略、處理和阻塞
#define SIGTSTP 20 //控制終端（tty）上 按下停止鍵
#define SIGTTIN 21 //程序停止，背景程序企圖從控制終端讀
#define SIGTTOU 22 //程序停止，背景程序企圖從控制終端寫
#define SIGURG 23 //I/O有緊急資料到達目前程序
#define SIGXCPU 24 //程序的CPU時間片到期
#define SIGXFSZ 25 //檔案大小的超出上限
#define SIGVTALRM 26 //虛拟時鐘逾時
#define SIGPROF 27 //profile時鐘逾時
#define SIGWINCH 28 //視窗大小改變
#define SIGIO 29 //I/O相關
#define SIGPOLL 29 //
#define SIGPWR 30 //電源故障，關機
#define SIGSYS 31 //系統調用中參數錯，如系統調用号非法
#define SIGUNUSED SIGSYS//不使用
#define _NSIG 65
信号來源
信号來源分為硬體類和軟體類：
- 硬體類
- 使用者輸入：比如在終端上按下組合鍵
ctrl+C
SIGINT
- 硬體異常：CPU檢測到記憶體非法通路等異常，通知核心生成相應信号，并發送給發生事件的程序；
- 使用者輸入：比如在終端上按下組合鍵
- 軟體類
- 通過系統調用，發送signal信号：
kill()
raise()
sigqueue()
alarm()
setitimer()
abort()
-
kill
kill 9 PID
SIGKILL
PID
- sigqueue()：隻能向一個程序發送信号，不能向程序組發送信号；主要針對實時信号提出，與sigaction()組合使用，當然也支援非實時信号的發送；
- alarm()：用于調用程序指定時間後發出SIGALARM信号；
- setitimer()：設定定時器，計時達到後給程序發送SIGALRM信号，功能比alarm更強大；
- abort()：向程序發送SIGABORT信号，預設程序會異常退出。
- raise()：用于向程序自身發送信号；
-
- 通過系統調用，發送signal信号：
信号與程序的關系
主要是通過系統調用
sigaction
将使用者态信号處理函數注冊到PCB儲存.所有程序的任務都共用這個信号注冊函數
sigHandler
，在信号的消費階段核心用一種特殊的方式'回調'它.
typedef struct ProcessCB {//PCB中關于信号的資訊
UINTPTR sigHandler; /**< signal handler */ //捕捉信号後的處理函數
sigset_t sigShare; /**< signal share bit */ //信号共享位，64個信号各站一位
}LosProcessCB;
typedef unsigned _Int64 sigset_t; //一個64位的變量，每個信号代表一位.
struct sigaction {//信号處理機制結構體
union {
void (*sa_handler)(int); //信号處理函數——普通版
void (*sa_sigaction)(int， siginfo_t *， void *);//信号處理函數——進階版
} __sa_handler;
sigset_t sa_mask;//指定信号處理程式執行過程中需要阻塞的信号；
int sa_flags; //标示位
// SA_RESTART：使被信号打斷的syscall重新發起。
// SA_NOCLDSTOP：使父程序在它的子程序暫停或繼續運作時不會收到 SIGCHLD 信号。
// SA_NOCLDWAIT：使父程序在它的子程序退出時不會收到SIGCHLD信号，這時子程序如果退出也不會成為僵 屍程序。
// SA_NODEFER：使對信号的屏蔽無效，即在信号處理函數執行期間仍能發出這個信号。
// SA_RESETHAND：信号處理之後重新設定為預設的處理方式。
// SA_SIGINFO：使用sa_sigaction成員而不是sa_handler作為信号處理函數。
void (*sa_restorer)(void);
};
typedef struct sigaction sigaction_t;
解讀
- 每個信号都對應一個位. 信号從1開始編号 [1 ~ 64] 對應
sigShare
-
sigHandler
sigaction
OsSigAction
#include <signal.h> int sigaction(int signo， const struct sigaction *act， struct sigaction *oact); int OsSigAction(int sig， const sigaction_t *act， sigaction_t *oact) { UINTPTR addr; sigaction_t action; if (!GOOD_SIGNO(sig) || sig < 1 || act == NULL) { return -EINVAL; } //将資料從使用者空間拷貝到核心空間 if (LOS_ArchCopyFromUser(&action， act， sizeof(sigaction_t)) != LOS_OK) { return -EFAULT; } if (sig == SIGSYS) {//鴻蒙此處通過錯誤的系統調用 來安裝信号處理函數，有點巧妙. addr = OsGetSigHandler();//擷取程序信号處理函數 if (addr == 0) {//程序沒有設定信号處理函數時 OsSetSigHandler((unsigned long)(UINTPTR)action.sa_handler);//設定程序信号處理函數——普通版 return LOS_OK; } return -EINVAL; } return LOS_OK; }-
sigaction(...)
musl
- 對結構體的
sigaction
sa_handler
-
sa_mask
-
sa_flags
-
sa_sigaction
union
-
信号與任務的關系
typedef struct {//TCB中關于信号的資訊
sig_cb sig; //信号控制塊，用于異步通信，類似于 linux singal子產品
} LosTaskCB;
typedef struct {//信号控制塊(描述符)
sigset_t sigFlag; //不屏蔽的信号标簽集
sigset_t sigPendFlag; //信号阻塞标簽集，記錄因哪些信号被阻塞
sigset_t sigprocmask; /* Signals that are blocked */ //程序屏蔽了哪些信号
sq_queue_t sigactionq; //信号捕捉隊列
LOS_DL_LIST waitList; //等待連結清單，上面挂的是等待信号到來的任務， 可查找 OsTaskWait(&sigcb->waitList， timeout， TRUE) 了解
sigset_t sigwaitmask; /* Waiting for pending signals */ //任務在等待阻塞信号
siginfo_t sigunbinfo; /* Signal info when task unblocked */ //任務解鎖時的信号資訊
sig_switch_context context; //信号切換上下文， 用于儲存切換現場， 比如發生系統調用時的傳回，涉及同一個任務的兩個棧進行切換
} sig_cb;
- 系列篇已多次說過，程序隻是管理資源的容器，真正讓cpu幹活的是任務
task
-
context
-
sig_cb
- 以下用追女孩打比方了解.任務相當于某個男，沒錯說的就是螢幕前的你，除了苦逼的碼農誰會有耐心能堅持看到這裡.64個信号對應64個女孩.允許一男同時追多個女孩，女孩也可同時被多個男追.女孩也可以主動追男的.了解如下:
-
waitList
-
sigwaitmask
-
sigprocmask
-
sigPendFlag
-
sigFlag
信号發送過程
使用者程序調用
kill()
的過程如下:
kill(pid_t pid， int sig) - 系統調用
| 使用者空間
---------------------------------------------------------------------------------------
| 核心空間
SysKill(...)
|---> OsKillLock(...)
|---> OsKill(..， OS_USER_KILL_PERMISSION)
|---> OsDispatch() //鑒權，向程序發送信号
|---> OsSigProcessSend() //選擇任務發送信号
|---> OsSigProcessForeachChild(..，ForEachTaskCB handler，..)
|---> SigProcessKillSigHandler() //處理 SIGKILL
|---> OsTaskWake() //喚醒所有等待任務
|---> OsSigEmptySet() //清空信号等待集
|---> SigProcessSignalHandler()
|---> OsTcbDispatch() //向目标任務發送信号
|---> OsTaskWake() //喚醒任務
|---> OsSigEmptySet() //清空信号等待集
流程
- 通過 系統調用
kill
- 因為是使用者态程序，使用
OS_USER_KILL_PERMISSION
#define OS_KERNEL_KILL_PERMISSION 0U //核心态 kill 權限 #define OS_USER_KILL_PERMISSION 3U //使用者态 kill 權限 - 鑒權之後程序輪詢任務組，向目标任務發送信号.這裡分三種情況:
-
SIGKILL
- 非
SIGKILL
sigwaitmask
sigprocmask
OsTcbDispatch
-
代碼細節
int OsKill(pid_t pid， int sig， int permission)
{
siginfo_t info;
int ret;
/* Make sure that the para is valid */
if (!GOOD_SIGNO(sig) || pid < 0) {//有效信号 [0，64]
return -EINVAL;
}
if (OsProcessIDUserCheckInvalid(pid)) {//檢查參數程序
return -ESRCH;
}
/* Create the siginfo structure */ //建立信号結構體
info.si_signo = sig; //信号編号
info.si_code = SI_USER; //來自使用者程序信号
info.si_value.sival_ptr = NULL;
/* Send the signal */
ret = OsDispatch(pid， &info， permission);//發送信号
return ret;
}
//信号分發
int OsDispatch(pid_t pid， siginfo_t *info， int permission)
{
LosProcessCB *spcb = OS_PCB_FROM_PID(pid);//找到這個程序
if (OsProcessIsUnused(spcb)) {//程序是否還在使用，不一定是目前程序但必須是個有效程序
return -ESRCH;
}
#ifdef LOSCFG_SECURITY_CAPABILITY //啟用能力安全模式
LosProcessCB *current = OsCurrProcessGet();//擷取目前程序
/* If the process you want to kill had been inactive， but still exist. should return LOS_OK */
if (OsProcessIsInactive(spcb)) {//如果要終止的程序處于非活動狀态，但仍然存在，應該傳回OK
return LOS_OK;
}
/* Kernel process always has kill permission and user process should check permission *///核心程序總是有kill權限，使用者程序需要檢查權限
if (OsProcessIsUserMode(current) && !(current->processStatus & OS_PROCESS_FLAG_EXIT)) {//使用者程序檢查能力範圍
if ((current != spcb) && (!IsCapPermit(CAP_KILL)) && (current->user->userID != spcb->user->userID)) {
return -EPERM;
}
}
#endif
if ((permission == OS_USER_KILL_PERMISSION) && (OsSignalPermissionToCheck(spcb) < 0)) {
return -EPERM;
}
return OsSigProcessSend(spcb， info);//給參數程序發送信号
}
//給參數程序發送參數信号
int OsSigProcessSend(LosProcessCB *spcb， siginfo_t *sigInfo)
{
int ret;
struct ProcessSignalInfo info = {
.sigInfo = sigInfo， //信号内容
.defaultTcb = NULL， //以下四個值将在OsSigProcessForeachChild中根據條件完善
.unblockedTcb = NULL，
.awakenedTcb = NULL，
.receivedTcb = NULL
};
//總之是要從程序中找個至少一個任務來接受這個信号，優先級
//awakenedTcb > receivedTcb > unblockedTcb > defaultTcb
/* visit all taskcb and dispatch signal */ //通路所有任務和分發信号
if ((info.sigInfo != NULL) && (info.sigInfo->si_signo == SIGKILL)) {//需要幹掉程序時 SIGKILL = 9， #linux kill 9 14
(void)OsSigProcessForeachChild(spcb， SigProcessKillSigHandler， &info);//程序要被幹掉了，通知所有task做善後處理
OsSigAddSet(&spcb->sigShare， info.sigInfo->si_signo);
OsWaitSignalToWakeProcess(spcb);//等待信号喚醒程序
return 0;
} else {
ret = OsSigProcessForeachChild(spcb， SigProcessSignalHandler， &info);//程序通知所有task處理信号
}
if (ret < 0) {
return ret;
}
SigProcessLoadTcb(&info， sigInfo);
return 0;
}
//讓程序的每一個task執行參數函數
int OsSigProcessForeachChild(LosProcessCB *spcb， ForEachTaskCB handler， void *arg)
{
int ret;
/* Visit the main thread last (if present) */
LosTaskCB *taskCB = NULL;//周遊程序的 threadList 連結清單，裡面存放的都是task節點
LOS_DL_LIST_FOR_EACH_ENTRY(taskCB， &(spcb->threadSiblingList)， LosTaskCB， threadList) {//周遊程序的任務清單
ret = handler(taskCB， arg);//回調參數函數
OS_RETURN_IF(ret != 0， ret);//這個宏的意思就是隻有ret = 0時，啥也不處理.其餘就傳回 ret
}
return LOS_OK;
}
- 如果是
SIGKILL
spcb
SigProcessKillSigHandler
//程序收到 SIGKILL 信号後，通知任務tcb處理. static int SigProcessKillSigHandler(LosTaskCB *tcb， void *arg) { struct ProcessSignalInfo *info = (struct ProcessSignalInfo *)arg;//轉參 if ((tcb != NULL) && (info != NULL) && (info->sigInfo != NULL)) {//程序有信号 sig_cb *sigcb = &tcb->sig; if (!LOS_ListEmpty(&sigcb->waitList) && OsSigIsMember(&sigcb->sigwaitmask， info->sigInfo->si_signo)) {//如果任務在等待這個信号 OsTaskWake(tcb);//喚醒這個任務，加入程序的就緒隊列，并不申請排程 OsSigEmptySet(&sigcb->sigwaitmask);//清空信号等待位，不等任何信号了.因為這是SIGKILL信号 } } return 0; } -
SIGKILL
spcb
SigProcessSignalHandler
static int SigProcessSignalHandler(LosTaskCB *tcb， void *arg) { struct ProcessSignalInfo *info = (struct ProcessSignalInfo *)arg;//先把參數解出來 int ret; int isMember; if (tcb == NULL) { return 0; } /* If the default tcb is not setted， then set this one as default. */ if (!info->defaultTcb) {//如果沒有預設發送方的任務，即預設參數任務. info->defaultTcb = tcb; } isMember = OsSigIsMember(&tcb->sig.sigwaitmask， info->sigInfo->si_signo);//任務是否在等待這個信号 if (isMember && (!info->awakenedTcb)) {//是在等待，并尚未向該任務時發送信号時 /* This means the task is waiting for this signal. Stop looking for it and use this tcb. * The requirement is: if more than one task in this task group is waiting for the signal， * then only one indeterminate task in the group will receive the signal. */ ret = OsTcbDispatch(tcb， info->sigInfo);//發送信号，注意這是給其他任務發送信号，tcb不是目前任務 OS_RETURN_IF(ret < 0， ret);//這種寫法很有意思 /* set this tcb as awakenedTcb */ info->awakenedTcb = tcb; OS_RETURN_IF(info->receivedTcb != NULL， SIG_STOP_VISIT); /* Stop search */ } /* Is this signal unblocked on this thread? */ isMember = OsSigIsMember(&tcb->sig.sigprocmask， info->sigInfo->si_signo);//任務是否屏蔽了這個信号 if ((!isMember) && (!info->receivedTcb) && (tcb != info->awakenedTcb)) {//沒有屏蔽，有喚醒任務沒有接收任務. /* if unblockedTcb of this signal is not setted， then set it. */ if (!info->unblockedTcb) { info->unblockedTcb = tcb; } ret = OsTcbDispatch(tcb， info->sigInfo);//向任務發送信号 OS_RETURN_IF(ret < 0， ret); /* set this tcb as receivedTcb */ info->receivedTcb = tcb;//設定這個任務為接收任務 OS_RETURN_IF(info->awakenedTcb != NULL， SIG_STOP_VISIT); /* Stop search */ } return 0; /* Keep searching */ }- 函數的意思是，當程序中有多個任務在等待這個信号時，發送信号給第一個等待的任務
awakenedTcb
- 如果沒有任務在等待信号，那就從不屏蔽這個信号的任務集中随機找一個
receivedTcb
- 隻要不屏蔽
unblockedTcb
- 如果上面的都不滿足，信号發送給
defaultTcb
- 尋找發送任務的優先級是
awakenedTcb
receivedTcb
unblockedTcb
defaultTcb
- 函數的意思是，當程序中有多個任務在等待這個信号時，發送信号給第一個等待的任務
信号相關函數
信号集操作函數
- sigemptyset(sigset_t *set)：信号集全部清0；
- sigfillset(sigset_t *set)： 信号集全部置1，則信号集包含linux支援的64種信号；
- sigaddset(sigset_t *set， int signum)：向信号集中加入signum信号；
- sigdelset(sigset_t *set， int signum)：向信号集中删除signum信号；
- sigismember(const sigset_t *set， int signum)：判定信号signum是否存在信号集中。
信号阻塞函數
- sigprocmask(int how， const sigset_t *set， sigset_t *oldset))； 不同how參數，實作不同功能
- SIG_BLOCK：将set指向信号集中的信号，添加到程序阻塞信号集；
- SIG_UNBLOCK：将set指向信号集中的信号，從程序阻塞信号集删除；
- SIG_SETMASK：将set指向信号集中的信号，設定成程序阻塞信号集；
- sigpending(sigset_t *set))：擷取已發送到程序，卻被阻塞的所有信号；
- sigsuspend(const sigset_t *mask))：用mask代替程序的原有掩碼，并暫停程序執行，直到收到信号再恢複原有掩碼并繼續執行程序。
百篇部落格分析.深挖核心地基
- 給鴻蒙核心源碼加注釋過程中，整理出以下文章。内容立足源碼，常以生活場景打比方盡可能多的将核心知識點置入某種場景，具有畫面感，容易了解記憶。說别人能聽得懂的話很重要! 百篇部落格絕不是百度教條式的在說一堆诘屈聱牙的概念，那沒什麼意思。更希望讓核心變得栩栩如生，倍感親切.确實有難度，自不量力，但已經出發，回頭已是不可能的了。 😛
- 與代碼有bug需不斷debug一樣，文章和注解内容會存在不少錯漏之處，請多包涵，但會反複修正，持續更新，v**.xx 代表文章序号和修改的次數，精雕細琢，言簡意赅，力求打造精品内容。
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