カーネルのシグナル配信についてさらに調べた #Linux

前回に引き続きLinuxのシグナルの配信について調べた。

カーネルバージョン

v4.5.0

シグナルの配信

シグナルの配信はシステムコール(= "Interrupt came from user space"かな？)から、ユーザモードに戻るときに呼ばれるprepare_exit_to_usermodeで実行される。
ここで、プログラムカウンタ(ip)にシグナルハンドラのエントリポイントにセットしてrestore_regs_and_iretを呼び出すことでハンドラが実行される。

  /* Interrupt came from user space */
GLOBAL(retint_user)
  mov %rsp,%rdi
  call  prepare_exit_to_usermode
  TRACE_IRQS_IRETQ
  SWAPGS
  jmp restore_regs_and_iret

prepare_exit_to_usermodeを見ていくと、do_signal(),handle_signal()によって、対象のプロセスに保留されているシグナルのうち、ハンドラが設定されているものが呼び出される。
handle_signal()ではまず、ユーザモードのスタックを作成する。このとき、シグナルハンドラからの戻り番地をsigreturn()を呼び出すコードにセットする。

ユーザモードスタックにセットするのは次のrt_sigframe構造体である。pretcodeが戻り番地になる。

struct rt_sigframe {
  char __user *pretcode;
  struct ucontext uc;
  struct siginfo info;
  /* fp state follows here */
};

x86_64では、pretcodeにvdsovdso_image_32.sym___kernel_sigreturnがセットされるわけではなく、ka.sa.sa_restorerがframe->pretcodeにセットされているようだ。
restorerはsigaction()の引数のactのメンバとしてアプリケーションからセットされる(man 2 sigaction 参照)が、ユーザが好きにセットするものではないのでlibcなどで決められている可能性があるかも。

/* Set up to return from userspace.  If provided, use a stub
   already in userspace.  */
/* x86-64 should always use SA_RESTORER. */
if (ksig->ka.sa.sa_flags & SA_RESTORER) {
  put_user_ex(ksig->ka.sa.sa_restorer, &frame->pretcode);

...

  regs->sp = (unsigned long)frame;

また、シグナルハンドラのエントリポイントをipにセットすることで、ユーザモードに戻った時にシグナルハンドラが実行されるようにしている。

  regs->ip = (unsigned long) ksig->ka.sa.sa_handler;

本来の呼び出し元のユーザモードのコンテキストは、同じくユーザモードスタック内に保存され,dxレジスタでポイントされる。
これらは呼び出されたsigreturn()によって回復されるはず。

/* Create the ucontext.  */
if (cpu_has_xsave)
  put_user_ex(UC_FP_XSTATE, &frame->uc.uc_flags);
else
  put_user_ex(0, &frame->uc.uc_flags);
put_user_ex(0, &frame->uc.uc_link);
save_altstack_ex(&frame->uc.uc_stack, regs->sp);

...

  regs->dx = (unsigned long)&frame->uc;

まとめ

シグナルの配信は生成と違い、アーキテクチャ依存のコードとなっていて比較的複雑だった。
シグナルハンドラからの復帰をカーネルがフックするために、POSIXに規定されていないsigreturn()なるシステムコールを使っていることがわかった。