Linux信号的诞生与归宿：内核如何管理信号的生成、阻塞和递达？

引言

Linux 系统中，信号（Signal）作为一种异步通信机制，既能通知进程发生了特定事件，也为内核与用户空间之间提供了一种高效的交互方式。从硬件异常、软件中断到用户发起的 kill 操作，信号的产生贯穿于整个系统运行的始终。本文将深入解析 Linux 内核中信号的生成、阻塞与递达机制，并探讨这一机制在未来如何演化以满足更高并发和复杂业务需求的挑战。

1. 信号的生成

1.1 事件驱动的起点

信号的产生往往源于以下几种情形：

• 硬件异常与系统事件： 比如除零错误、无效内存访问等异常事件，会触发内核生成相应的信号（如 SIGFPE、SIGSEGV）。
• 软件主动发起： 用户或进程可以通过系统调用（如 kill()）向特定进程发送信号，实现进程间的异步通知。
• 定时器和外部输入： 内核定时器或外部设备输入也可能触发信号事件。

这种多元化的信号来源，确保了系统能迅速响应各类异常或预定义事件，成为 Linux 异步处理的重要支柱。

1.2 内核内部的信号生成逻辑

内核在检测到异常或接收到外部请求后，会在进程控制块（task_struct）中记录相应的信号位。内部的数据结构（如 pending 信号集合）会保存所有未决信号，等待适当时机递达给目标进程。此处，信号生成不仅是事件驱动，更涉及到系统调度、资源保护等诸多内核细节。

2. 信号的阻塞机制

2.1 信号屏蔽字与阻塞

为了防止信号处理过程中出现竞