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OS-Project-Report

小组成员

姓名	学号
蔡骐骏	12210214
戚起宁	12212228
于斯瑶	12211655

设计架构

1. 核心结构体

本模块依赖以下核心结构体：

• struct ksignal：表示一个进程的信号上下文，包含以下成员：
• struct sigaction
• struct ucontext：用于保存用户上下文，使得信号处理函数返回后可以恢复原先状态。

2. 进程信号初始化函数

• siginit(struct proc *p)：初始化进程的信号处理结构。
• siginit_fork(...)：子进程继承父进程的信号处理行为（不继承 sigpending）。
• siginit_exec(...)：exec 调用后保留 sigmask 和 sigpending，重置除 SIG_IGN 外的处理器为默认。

3. 信号处理函数

• do_signal()：内核在返回用户态之前调用该函数，以处理一个或多个未阻塞的、挂起的信号。

4. 系统调用接口

• sys_sigaction(...)：提供用户注册和查询信号处理函数的系统调用接口。

实现功能

Basic checkpoints

1. 信号初始化（siginit、siginit_fork、siginit_exec）

• 所有信号初始时设置为默认处理（SIG_DFL）。
• 所有信号掩码清空。
• 子进程通过 siginit_fork 复制父进程的 sigaction 和 sigmask，但清空 sigpending，防止重复处理。
• exec 调用保留 sigmask 和 sigpending，但重置所有 sigaction 为默认行为（除 SIG_IGN）。

2. 信号分发（do_signal()）

处理流程：

• 跳过被阻塞或未挂起的信号。
• 对 SIGKILL、SIGSTOP，直接终止进程，不允许被忽略或捕获。
• 对于可自定义处理的信号：
  • 将 siginfo_t 和 ucontext 写入用户栈。
  • 修改 trapframe 的 epc, sp, a0~a2, ra 以跳转执行信号处理函数。
  • 临时修改 sigmask 阻止信号重入。

3. 用户注册处理函数（sys_sigaction）

• 校验信号合法性。

• SIGKILL 和 SIGSTOP 不允许设置为非默认处理，否则返回 -EINVAL。

• 支持保存旧的 sigaction 至 oldact。

• 从用户空间复制 act 至内核并保存。

5.3.2 SIGINFO

用户进程的siginfo

在sys_sigkill()中，我们在checkpoint 1的基础上添加了siginfo.

• siginfo.signo 为信号的signo

• siginfo.si_pid 为发送信号的用户进程pid

• siginfo其他变量为0

//sys_sigkill()

p->signal.siginfos[signo].si_signo = signo;
p->signal.siginfos[signo].si_code = 0; // 默认为0
p->signal.siginfos[signo].si_pid = curr_proc()->pid;
p->signal.siginfos[signo].si_status = 0;
p->signal.siginfos[signo].addr = 0;

内核信号的siginfo

由于原代码中不涉及内核发送的信号，我们将SIGUSR2作为自定义的内核发出信号，并在系统调用中添加了KTEST_SEND_SIGUSR2作为用户进程主动请求

uint64 ktest_syscall(uint64 args[6]) {
    uint64 which = args[0];
    switch (which) {
        // ...
        case KTEST_SEND_SIGUSR2:
            return sys_sigkill(args[1], SIGUSR2, 0);
    }
    return 0;
}

在发送时将pid置为-1

//sys_sigkill()

//特殊处理: 内核发送的信号
if(signo == SIGUSR2) {
    p->signal.siginfos[signo].si_pid = -1;
    sigaddset(&p->signal.sigpending, signo);

    release(&p->lock);
    return 0;
}

5.3.3 SIGCHILD

在进程退出或者被杀死时，将会发送 SIGCHLD到它的父进程。

sys_sigkill(parent->pid, SIGCHLD, code);

在sigkill中，如果信号类型为SIGCHLD，将p->signal.siginfos[signo].si_code 设为code，即进程退出码。同时如果父进程状态为SLEEPING，将父进程唤醒。

if (signo == SIGCHLD)
{
    p->signal.siginfos[signo].si_code = code;

    sigaddset(&p->signal.sigpending, signo);
    if (p->state == SLEEPING) {
        p->state = RUNNABLE;
        add_task(p);
    }
    release(&p->lock);
    return 0;
}

在do_signal中，如果sa->sa_sigaction为SIG_DFL，即默认处理，则忽略信号。

    if (signo == SIGCHLD && sa->sa_sigaction == SIG_DFL)
    {
        continue;
    }

如果不是，则进入用户注册的handler中进行处理。

5.3.4 SIGSTOP & SIGCONT

增加两种信号：SIGSTOP 和 SIGCONT。当前者被 delivered 到某个进程时，使其进入无限期暂停运行的状 态，直到 SIGCONT 被 delivered 到该进程。

//do_signal()

if (signo == SIGSTOP) {
    sigdelset(&p->signal.sigpending, signo);
    p->need_stop = 1;
    continue;
}

if (signo == SIGCONT) {
    sigdelset(&p->signal.sigpending, signo);
    // 如果进程已经被SIGSTOP停止，恢复它
    if (p->state == STOPPED) {
        p->state = RUNNABLE;
    }
    // 清除need_stop标志，防止进程在返回用户态时被停止
    p->need_stop = 0;
    // 清除所有等待的SIGSTOP信号
    if (sigismember(&p->signal.sigpending, SIGSTOP)) {
        sigdelset(&p->signal.sigpending, SIGSTOP);
    }
    continue;
}

//sys_sigkill()

// 特殊处理SIGSTOP信号
if (signo == SIGSTOP) {
    // SIGSTOP不能被阻塞或忽略
    // 不直接设置进程状态为STOPPED，而是设置pending信号
    // 让进程在do_signal中处理SIGSTOP信号时自行停止
    sigaddset(&p->signal.sigpending, signo);

    // 如果进程正在睡眠，唤醒它让它处理信号
    if (p->state == SLEEPING) {
        p->state = RUNNABLE;
        add_task(p);
    }
    
    debugf("proc %d received SIGSTOP via sys_sigkill", p->pid);
    release(&p->lock);
    return 0;
}

// 特殊处理SIGCONT信号
if (signo == SIGCONT) {
    sigaddset(&p->signal.sigpending, signo);
    // 清除need_stop标志，防止进程在返回用户态时被停止
    p->need_stop = 0;
    
    // 如果进程已经被SIGSTOP停止，恢复它
    if (p->state == STOPPED) {
        p->state = RUNNABLE;
        add_task(p);
    }
    
    // 清除所有等待的SIGSTOP信号
    if (sigismember(&p->signal.sigpending, SIGSTOP)) {
        sigdelset(&p->signal.sigpending, SIGSTOP);
    }
    
    release(&p->lock); // 释放在findByPid中获取的锁
    return 0;
}

测试截图

checkpoint1&2&3

5.3.2 SIGINFO

5.3.3 SIGCHID

5.3.4 SIGSTOP & SIGCONT