Linux task_struct信号处理与sigpending组织struct task_struct中信号相关字段分布在多个cache line上直接决定信号投递路径的缓存行为。task_struct-pending是进程级挂起信号集合类型为struct sigpending内部包含一个sigset_t signal64位系统上为两个unsigned long和一个struct list_head list链式队列。thread group共享的signal_struct-shared_pending则存放需要广播到整个线程组的挂起信号。cstruct sigpending {struct list_head list;sigset_t signal;};struct task_struct {/* ... */struct sigpending pending; /* 进程私有挂起信号 *//* ... */struct signal_struct *signal; /* 指向共享的thread group信号描述符 *//* ... */unsigned int siginfo_try_wait:1;unsigned int siginfo_try_wait_seen:1;/* ... */};信号投递入口为__send_signal_locked()。该函数首先判断目标tgid是否等于当前pid——即进程自身发信号——若是则直接写入current-pending否则调用__sigqueue_alloc()分配一个struct sigqueue节点插入目标task-pending.list同时设置pending.signal中对应的bit。这里存在一个关键竞态如果目标进程正在执行do_exit()释放signal_struct__sigqueue_alloc()可能看到的是已置SIGNAL_GROUP_EXIT标志的signal_struct此时必须放弃投递。cstatic int __send_signal_locked(int sig, struct kernel_siginfo *info,struct task_struct *t, bool group, bool force){struct sigpending *pending;struct sigqueue *q;int override_rlimit;int ret 0;pending group ? t-signal-shared_pending : t-pending;if (unlikely(!t-signal)) /* 目标进程正在exit */return -ESRCH;/** 快速路径实时信号或非实时信号忽略rlimit检查* 对于sigqueue溢出场景重试一次后丢信号*/override_rlimit (sig SIGRTMIN) || sig SIGKILL || sig SIGSYS;if (!override_rlimit !sigismember(t-signal-rlim[RLIMIT_SIGPENDING].rlim_cur)) {if (t-signal-nr_queued t-signal-rlim[RLIMIT_SIGPENDING].rlim_cur) {ret -EAGAIN;goto out;}}q __sigqueue_alloc(sig, t, GFP_ATOMIC, override_rlimit, 0);if (q) {list_add_tail(q-list, pending-list);sigaddset(pending-signal, sig);} else if (!is_si_special(info)) {/* 分配失败且不是特殊info丢弃信号 */ret -ENOMEM;goto out;}/* 非实时信号相同sig只保留一个sigqueue丢弃后续重复 */if (sig SIGRTMIN) {struct sigqueue *first list_first_entry_or_null(pending-list, typeof(*first), list);while (first first-info.si_signo sig first ! q) {list_del(first-list);__sigqueue_free(first);first list_first_entry_or_null(pending-list, typeof(*first), list);}}complete_signal(sig, t, group);out:return ret;}信号递送路径complete_signal()的关键决策是选择投递目标线程。对于SIGKILL或SIGSTOP这类终止类信号直接标记整个thread group后唤醒所有TASK_INTERRUPTIBLE状态的成员对于其他信号优先选择当前正在运行的线程通过sigismember(t-signal-curr_target-pending.signal若不可用则遍历thread group找第一个不阻塞该信号的线程。选中的线程通过signal_wake_up()置TIF_SIGPENDING标志然后视当前cpu是否为目标cpu决定是否需要reschedule IPI。cstatic void complete_signal(int sig, struct task_struct *p, enum pid_type type){struct signal_struct *signal p-signal;struct task_struct *t;if (unlikely(sig SIGKILL || sig SIGSTOP)) {/* 终止类信号直接广播 */__for_each_thread(signal, t)signal_wake_up(t, sig SIGKILL);return;}/* 找不阻塞该信号的目标线程 */t signal-curr_target;while (!sigismember(t-blocked, sig)) {t next_thread(t);if (t signal-curr_target)break; /* 所有线程都阻塞 */}if (t-flags PF_EXITING)t p; /* 目标在exit退回发信号者 */signal_wake_up(t, 0);}另一个关键路径是从user mode返回内核时调用do_signal()。entry_SYSCALL_64后检查thread_info-flags的_TIF_SIGPENDING位若置位则跳转至do_notify_resume()再进入do_signal()。这里使用get_signal()从pending链表中逐一取出struct ksignal判断sa_handler是否为SIG_IGN或SIG_DFL对于SIG_IGN直接丢弃信号不计入signal_struct-nr_queues对于SIG_DFL则执行默认动作如do_group_exit()。标准信号1-31在pending.signal中只保留一个bit但list上仍可能有多个sigqueue节点——list遍历时必须通过info.si_signo匹配真实的信号编号。cvoid get_signal(struct ksignal *ksig){struct task_struct *tsk current;struct signal_struct *signal tsk-signal;int sig;for (;;) {sig dequeue_signal(tsk, tsk-blocked, ksig-info);if (!sig)break; /* 所有信号处理完毕 */if (sigismember(tsk-real_blocked, sig))continue; /* 被real_blocked二次屏蔽 */ksig-sig sig;/* ka缓存了handler和flags */if (ksig-ka-sa.sa_handler SIG_IGN) {continue; /* 直接吞掉 */}if (ksig-ka-sa.sa_handler SIG_DFL) {switch (sig) {case SIGCONT: case SIGCHLD: case SIGWINCH: case SIGURG:continue; /* 默认忽略 */case SIGTSTP: case SIGTTIN: case SIGTTOU:do_signal_stop(sig);goto relock;case SIGSTOP:do_signal_stop(sig);goto relock;case SIGKILL:do_group_exit(SIGKILL);default:break;}}return; /* 返回用户信号处理函数 */}/* 所有信号已耗尽清理TIF_SIGPENDING */clear_tsk_thread_flag(tsk, TIF_SIGPENDING);}dequeue_signal()的实现需要同时扫描task-pending和signal-shared_pending两个队列并且必须保持一致性——先取shared_pending再取私有pending中间不能存在抢锁窗口。内部的collect_signal()负责从list头摘取匹配sig的sigqueue节点如果list为空则清除对应的pending.signal bit。实时信号SIGRTMIN保证sigqueue的数量不压缩32个实时信号每个都可以独立排队非实时信号在投递时就做了重复合并所以dequeue时一个信号至多对应一个sigqueue。结构布局上的一个陷阱struct task_struct的pending字段和blocked字段分散在不同的cache line上signal_wake_up()写task-pending时不会invalid目标cpu上blocked字段的cache line。但get_signal()读blocked时若与complete_signal()并发由于二者均持有siglock写者通过siglock的release语义保证了读者能看到完整的pending.signal集合。然而在siglock未持有的检查路径如signal_pending()中只读取TIF_SIGPENDING位而不访问sigpending本体这是安全的——因为TIF_SIGPENDING的set/clear永远在siglock保护下进行。
Linux task_struct信号处理与sigpending组织
Linux task_struct信号处理与sigpending组织struct task_struct中信号相关字段分布在多个cache line上直接决定信号投递路径的缓存行为。task_struct-pending是进程级挂起信号集合类型为struct sigpending内部包含一个sigset_t signal64位系统上为两个unsigned long和一个struct list_head list链式队列。thread group共享的signal_struct-shared_pending则存放需要广播到整个线程组的挂起信号。cstruct sigpending {struct list_head list;sigset_t signal;};struct task_struct {/* ... */struct sigpending pending; /* 进程私有挂起信号 *//* ... */struct signal_struct *signal; /* 指向共享的thread group信号描述符 *//* ... */unsigned int siginfo_try_wait:1;unsigned int siginfo_try_wait_seen:1;/* ... */};信号投递入口为__send_signal_locked()。该函数首先判断目标tgid是否等于当前pid——即进程自身发信号——若是则直接写入current-pending否则调用__sigqueue_alloc()分配一个struct sigqueue节点插入目标task-pending.list同时设置pending.signal中对应的bit。这里存在一个关键竞态如果目标进程正在执行do_exit()释放signal_struct__sigqueue_alloc()可能看到的是已置SIGNAL_GROUP_EXIT标志的signal_struct此时必须放弃投递。cstatic int __send_signal_locked(int sig, struct kernel_siginfo *info,struct task_struct *t, bool group, bool force){struct sigpending *pending;struct sigqueue *q;int override_rlimit;int ret 0;pending group ? t-signal-shared_pending : t-pending;if (unlikely(!t-signal)) /* 目标进程正在exit */return -ESRCH;/** 快速路径实时信号或非实时信号忽略rlimit检查* 对于sigqueue溢出场景重试一次后丢信号*/override_rlimit (sig SIGRTMIN) || sig SIGKILL || sig SIGSYS;if (!override_rlimit !sigismember(t-signal-rlim[RLIMIT_SIGPENDING].rlim_cur)) {if (t-signal-nr_queued t-signal-rlim[RLIMIT_SIGPENDING].rlim_cur) {ret -EAGAIN;goto out;}}q __sigqueue_alloc(sig, t, GFP_ATOMIC, override_rlimit, 0);if (q) {list_add_tail(q-list, pending-list);sigaddset(pending-signal, sig);} else if (!is_si_special(info)) {/* 分配失败且不是特殊info丢弃信号 */ret -ENOMEM;goto out;}/* 非实时信号相同sig只保留一个sigqueue丢弃后续重复 */if (sig SIGRTMIN) {struct sigqueue *first list_first_entry_or_null(pending-list, typeof(*first), list);while (first first-info.si_signo sig first ! q) {list_del(first-list);__sigqueue_free(first);first list_first_entry_or_null(pending-list, typeof(*first), list);}}complete_signal(sig, t, group);out:return ret;}信号递送路径complete_signal()的关键决策是选择投递目标线程。对于SIGKILL或SIGSTOP这类终止类信号直接标记整个thread group后唤醒所有TASK_INTERRUPTIBLE状态的成员对于其他信号优先选择当前正在运行的线程通过sigismember(t-signal-curr_target-pending.signal若不可用则遍历thread group找第一个不阻塞该信号的线程。选中的线程通过signal_wake_up()置TIF_SIGPENDING标志然后视当前cpu是否为目标cpu决定是否需要reschedule IPI。cstatic void complete_signal(int sig, struct task_struct *p, enum pid_type type){struct signal_struct *signal p-signal;struct task_struct *t;if (unlikely(sig SIGKILL || sig SIGSTOP)) {/* 终止类信号直接广播 */__for_each_thread(signal, t)signal_wake_up(t, sig SIGKILL);return;}/* 找不阻塞该信号的目标线程 */t signal-curr_target;while (!sigismember(t-blocked, sig)) {t next_thread(t);if (t signal-curr_target)break; /* 所有线程都阻塞 */}if (t-flags PF_EXITING)t p; /* 目标在exit退回发信号者 */signal_wake_up(t, 0);}另一个关键路径是从user mode返回内核时调用do_signal()。entry_SYSCALL_64后检查thread_info-flags的_TIF_SIGPENDING位若置位则跳转至do_notify_resume()再进入do_signal()。这里使用get_signal()从pending链表中逐一取出struct ksignal判断sa_handler是否为SIG_IGN或SIG_DFL对于SIG_IGN直接丢弃信号不计入signal_struct-nr_queues对于SIG_DFL则执行默认动作如do_group_exit()。标准信号1-31在pending.signal中只保留一个bit但list上仍可能有多个sigqueue节点——list遍历时必须通过info.si_signo匹配真实的信号编号。cvoid get_signal(struct ksignal *ksig){struct task_struct *tsk current;struct signal_struct *signal tsk-signal;int sig;for (;;) {sig dequeue_signal(tsk, tsk-blocked, ksig-info);if (!sig)break; /* 所有信号处理完毕 */if (sigismember(tsk-real_blocked, sig))continue; /* 被real_blocked二次屏蔽 */ksig-sig sig;/* ka缓存了handler和flags */if (ksig-ka-sa.sa_handler SIG_IGN) {continue; /* 直接吞掉 */}if (ksig-ka-sa.sa_handler SIG_DFL) {switch (sig) {case SIGCONT: case SIGCHLD: case SIGWINCH: case SIGURG:continue; /* 默认忽略 */case SIGTSTP: case SIGTTIN: case SIGTTOU:do_signal_stop(sig);goto relock;case SIGSTOP:do_signal_stop(sig);goto relock;case SIGKILL:do_group_exit(SIGKILL);default:break;}}return; /* 返回用户信号处理函数 */}/* 所有信号已耗尽清理TIF_SIGPENDING */clear_tsk_thread_flag(tsk, TIF_SIGPENDING);}dequeue_signal()的实现需要同时扫描task-pending和signal-shared_pending两个队列并且必须保持一致性——先取shared_pending再取私有pending中间不能存在抢锁窗口。内部的collect_signal()负责从list头摘取匹配sig的sigqueue节点如果list为空则清除对应的pending.signal bit。实时信号SIGRTMIN保证sigqueue的数量不压缩32个实时信号每个都可以独立排队非实时信号在投递时就做了重复合并所以dequeue时一个信号至多对应一个sigqueue。结构布局上的一个陷阱struct task_struct的pending字段和blocked字段分散在不同的cache line上signal_wake_up()写task-pending时不会invalid目标cpu上blocked字段的cache line。但get_signal()读blocked时若与complete_signal()并发由于二者均持有siglock写者通过siglock的release语义保证了读者能看到完整的pending.signal集合。然而在siglock未持有的检查路径如signal_pending()中只读取TIF_SIGPENDING位而不访问sigpending本体这是安全的——因为TIF_SIGPENDING的set/clear永远在siglock保护下进行。
