LINUX 信号之我见

    最近又重新回顾了一下关于UNIX/LINUX下的信号的知识,打算把自己的理解记录下来。

   

一、信号的分类。

     1、不可靠和可靠。不可靠指的是信号值为0-31的信号;可靠信号指的值是32-63的信号。

     不可靠信号导致的问题:

    (1)、信号丢失。典型的情境是:如果此信号在未决队列里或者是在阻塞队列里,内核将不会重新发送此信号。

    (2)、信号错误处理。典型的情境是:如果你想使用signal或者signation,在程序里使用自定义函数处理信号,将有可能导致在处理函数里无法注册下一个此类信号的自定义处理。

      如:伪码如下

      第一步:signal(signo,&handler_fun);

      第二步:发生第1次signo

      第三步:

       handler_fun()

      {

                //假如在此又发送了一次signo(第2次signo)那么这次信号将不会被注册,所以handler_fun不会调用。

               signal(signo,&handler_fun); 

               do sometings;

              

       }

二、对进程产生信号。

     1、软中断、程序错误、kill函数、alarm函数等。

 

三、与进程对信号的处理。

     1、进程启动后,对此进程产生的信号(所有信号)都是默认的操作(忽略、或者终止)。

     2、在进程启动后,如果对某个信号,用户想在收到此信号时,改变对此信号的处理行为,可以使用signal或者signation定义对此信号的行为:默认(忽略或者终止)、忽略或者自定义函数处理。

     3、sigprocmask的作用:告诉内核不要发送在sigset结构体里的信号。当信号产生是,内核首先查看sigset里是否存在此信号,如果存在,那么将阻塞此信号,不发送给进程。

          如果用户删除了sigset里的此个信号,那么内核将把阻塞的信号发送给进程。

     4、当信号发送给了进程:

           (1)此信号将先在进程的信号队列里排队

           (2)此信号的状态是:未决状态(pending);如果是使用sigprocmask定义了阻塞,将是阻塞。

           (3)如果用户定义了(使用signal或者signation)此类型信号的处理行为,那么将按此行为处理,否则使用默认方式处理。

     小结:

     信号的生命周期:

     产生阶段----->注册到用户进程里(可靠信号每次都注册,不可靠信号如果在注册里存在将不再注册)(未决或者阻塞)----->注销未决的信号------>处理信号行为(可以使用signal或signation定义行为)

 

 

参考

http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-ipc/part2/index1.html

http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-ipc/part2/index2.html

 

<think>嗯,用户现在问的是Linux实时信号处理的内核配置,这确实是个专业领域的问题。从对话历史看,用户之前问过非标准波特率的内核配置,显然是个嵌入式或内核开发者,技术水平应该不低。这次转向实时信号处理,可能是要做高精度控制或实时通信系统。用户引用的三个资料中,第一个提到内核调度限制和带宽控制,第二个提到信号递达机制,第三个是内核源码结构。这些其实都隐含了实时处理的关键点:调度器行为、信号传递延迟、内核模块配置。实时信号处理最核心的就是低延迟和确定性响应。需要特别注意三点:一是内核需要打破默认的公平调度限制(就是引用[1]提到的0.95s带宽约束),二是确保信号递达不被延迟(引用[2]说的上下文切换时机),三是相关内核模块的位置(引用[3]的arch/kernel/ipc等目录)。具体配置上,得从五个层面解决:调度策略要改成FIFO/RR(在CONFIG_SCHED_DEBUG里调),关闭内核抢占可能反而增加延迟(但旧系统可能需要),线程绑核很重要(CONFIG_SCHEDSTATS看效果),信号队列长度要调整(CONFIG_SIGNALFD),最后还得做内核抢占模式选择(CONFIG_PREEMPT)。用户可能没意识到的是硬件影响。就像上次波特率配置提到的时钟精度问题,实时处理同样受CPU隔离和内存带宽影响,特别在树莓派这类嵌入式平台。应该提醒用户用hrtimer和stress-ng做测试。想到几个延伸问题:如何测量信号延迟?怎么解决优先级反转?用户空间怎么绑定CPU?这些都是实践中必然遇到的坑,可以留给用户参考。</think> 以下是关于 Linux 实时信号处理所需的内核配置详解,结合信号处理机制与实时性要求: --- ### 一、核心内核配置选项 1. **高精度定时器** ```kconfig CONFIG_HIGH_RES_TIMERS=y # 启用微秒级定时精度 ``` 作用:实现高精度信号定时器(`timer_create` 的 `SIGEV_THREAD`)[^2]。 2. **实时抢占支持** ```kconfig CONFIG_PREEMPT_RT=y # 启用实时抢占补丁(需打 patch) ``` 或标准内核选项: ```kconfig CONFIG_PREEMPT=y # 完全可抢占内核(降低信号延迟) CONFIG_PREEMPT_VOLUNTARY=y # 协作式抢占(平衡性能与实时性) ``` 作用:减少信号递达延迟[^2]。 3. **信号队列扩展** ```kconfig CONFIG_SIGNALFD=y # 允许通过文件描述符接收信号 CONFIG_SIGNALFD_NODELAY=y # 降低信号传递延迟(可选) ``` 作用:优化实时信号(`SIGRTMIN~SIGRTMAX`)的处理效率。 4. **内核调试与追踪** ```kconfig CONFIG_DEBUG_PREEMPT=y # 检测抢占问题 CONFIG_FTRACE=y # 内核函数跟踪 ``` 作用:诊断实时信号处理性能瓶颈。 --- ### 二、关键技术原理 1. **信号递达流程** 实时信号处理依赖内核调度机制: ``` [信号产生] → [加入目标进程信号队列] → [进程调度切换时检查队列] → [触发信号处理函数] ``` 实时性优化点: - 高精度定时器提升时间敏感信号精度 - 抢占机制减少队列检查延迟(见引用[1]带宽限制影响) 2. **实时信号特性** - 优先级排序:`SIGRTMAX` 优先级最高 - 队列化处理:相同信号不会丢失 - 数据传递:支持附带 `siginfo_t` 结构体 --- ### 三、配置验证方法 1. **检查内核配置** ```bash zgrep -e 'CONFIG_PREEMPT' -e 'CONFIG_HIGH_RES_TIMERS' /proc/config.gz ``` 2. **测试信号延迟** ```c #include <signal.h> #include <sys/time.h> void handler(int sig, siginfo_t* info, void* ctx) { // 记录时间戳 } int main() { struct sigaction sa = { .sa_sigaction=handler, .sa_flags=SA_SIGINFO|SA_RESTART }; sigaction(SIGRTMIN, &sa, NULL); // 绑定实时信号 } ``` 结合 `hrtimer` 测量实际延迟。 --- ### 四、常见问题优化 | 问题现象 | 解决方案 | |------------------------|-----------------------------| | 信号丢失 | 增大 `/proc/sys/kernel/rtsig-max` | | 处理延迟>100us | 启用 `CONFIG_PREEMPT_RT` | | 信号队列阻塞 | 使用 `signalfd()` 异步处理 | | 优先级反转 | 配置线程优先级(`SCHED_FIFO`)| --- ### 五、树莓派等嵌入式配置示例 在 `linux/arch/arm/configs/bcm2835_defconfig` 中添加: ```kconfig CONFIG_PREEMPT_VOLUNTARY=y CONFIG_HIGH_RES_TIMERS=y CONFIG_SIGNALFD=y # 禁用非必要驱动减小延迟 ``` ---
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