从零写OS（二十四）：signal 信号机制

到目前为止，进程只能顺序跑完，没有"被打断"的能力。按 Ctrl+C 没有反应，子进程崩溃父进程不知道，kill 命令更无从谈起。

这一章实现 signal——内核向进程发送异步通知的机制。

信号是什么

信号是一个整数编号，内核用它告诉进程"发生了某件事"：

进程可以用 signal(sig, handler) 注册自定义处理函数，也可以接受默认行为。

关键：信号不立刻打断进程

信号发送时只是设置一个 pending 位，不立刻跳转。等进程下次从内核态返回用户态时，才检查并派发：

SYS_KILL → pending_signals |= (1 << sig)

syscall 处理完 → 准备 sysret
                    ↓
          检查 pending_signals
                    ↓
        有信号 → 操纵 user_rip/user_rsp → sysret 跳到 handler
        handler 执行完 ret → 回到原来被中断的位置

这和硬件中断不同——硬件中断可以在任意时刻打断 CPU，信号只在内核→用户的切换点才生效。

派发机制（trampoline）

signal_dispatch 收到两个指针：内核栈上保存的 user_rip（原来准备 sysret 到的地址）和 user_rsp。它做的事：

1. user_rsp -= 8
2. *(user_rsp) = user_rip    // 原返回地址压到用户栈
3. user_rip = handler_addr   // sysret 改跳到 handler

sysret 跳到 handler，handler 执行完 ret，弹出用户栈上的原 rip，回到 kill syscall 之后继续。

用户栈变化：
before:  [ ... ]
after:   [ 原user_rip ]  ← handler ret 弹这里

不需要新的汇编 trampoline，ret 指令本身就完成了返回。

实现

process_t 新增两个字段

uint32_t  pending_signals;        // 位图：bit N = 信号 N 挂起
uint64_t  signal_handlers[NSIG];  // 0=SIG_DFL, 1=SIG_IGN, 其他=函数地址

syscall_entry.asm 在 sysret 前加一次 dispatch

call syscall_handler

; 栈上布局：[rsp+0]=r15 .. [rsp+48]=rflags [rsp+56]=user_rip [rsp+64]=user_rsp
lea rdi, [rsp + 8*7]    ; &user_rip
lea rsi, [rsp + 8*8]    ; &user_rsp
call signal_dispatch

pop r15 ... pop rcx ... pop rsp
o64 sysret

两个新 syscall

SYS_SIGNAL(11): signal_handlers[sig] = handler_addr
SYS_KILL(12):   procs[pid].pending_signals |= (1 << sig)

验证

用户程序：

SYS_SIGNAL(SIGUSR1, sigusr1_handler)   ; 注册 handler
SYS_KILL(1, SIGUSR1)                   ; 向自己（pid=1）发信号
SYS_WRITE("returned from kill")        ; kill 返回后继续执行
SYS_EXIT(0)

sigusr1_handler:
    SYS_WRITE("caught SIGUSR1!")
    ret

输出：

signal test start
handler registered
caught SIGUSR1!
returned from kill

小结

signal 的本质是：内核在用户态恢复点插入一段代码。

不需要新的调度器逻辑，只需要在 syscall 返回前检查 pending 位，修改即将 sysret 到的 RIP 和 RSP，用户栈上保存的原 RIP 当作 handler 的返回地址——就这样，一个完整的用户态信号机制就建立起来了。