go程序信号处理过程

Posted May 25, 2021 by  ‐ 1 min read

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go信号处理基础

go os.signal package对信号处理做了封装,其中信号SIGKILL、SIGSTOP是操作系统规定的不允许捕获的信号,是不受os.signal这个package影响的

go中将信号分为两类:同步信号和异步信号。

  • 同步信号:指的是go程序运行时程序内部错误触发的一些问题,如SIGBUS、SIGFPE、SIGSEGV,这些信号会被转换成运行时panic信息;

  • 异步信号:除了上述提及的信号之外的信号,就是异步信号了。异步信号不是程序内部错误导致的,而是由操作系统或者外部其他程序发送给它的。

有哪些异步信号?

  • 当程序失去对控制终端的控制时,会收到SIGHUP信号;
  • 在控制终端中输入Ctrl+C时会收到SIGINT信号;
  • 在控制终端中输入Ctrl+\时会受到SIGQUIT信号;

ps:通常想让程序退出的话,Ctrl+C就可以了,如果想让程序退出同时打印栈转储信息,那就用Ctrl+\。

默认的信号处理方式?

接收到信号之后,肯定有默认的处理方式,这个在学习linux信号处理时肯定有了解过的,在go程序中可能只是默认处理方式有点不同,这个有需要的时候去了解就可以了。这里不展开了。

值得一提的是信号SIGPROF,这个信号用于实现runtime.CPUProfile。

自定义信号处理方式?

自定义信号处理方式,在linux signal函数中可以指定信号及对应对应的处理函数,go中类似,它允许通过os.Notify指定一个或多个信号chan,里面可以注册感兴趣的信号,当收到这些信号时,就可以执行用户自定义的信号处理逻辑。

SIGPIPE信号处理

当程序write broken pipe时,会收到SIGPIPE信号,比如写网络连接失败,如果不做处理默认崩溃掉那就完蛋了。go程序中对这个做了优化处理。

write broken pipe的行为与write的file descriptor的fd有关系:

  • 如果fd是stdout、stderr,那么程序收到SIGPIPE信号,默认行为是程序会退出;
  • 如果是其他fd,程序收到SIGPIPE信号,默认行为是不采取任何动作,对应的write操作返回一个EPIPE错误;

ps:后者很重要,写网络连接失败是常有的事情,linux c程序如果不显示处理SIGPIPE信号,默认行为将是程序直接crash,go程序对此作了优化,让write返回error而非crash,对于go将构建高性能、稳定健壮的网络程序的初衷来说是有必要的。

cgo程序信号处理?

涉及到cgo就要分几种情况来讨论,这里会有点麻烦了,涉及到信号处理函数的重复注册、信号掩码设置、信号处理函数的栈等问题,在os/signal/doc.go里面有这方面的描述,这里不赘述。

go信号处理过程

介绍了go程序内部的信号处理过程。GMP调度模型里面,每个M都有一个独立的gsignal goroutine,系统投递信号给进程时实际上是有gsignal goroutine来接受这个信号,然后检查下是否可处理。如果可处理就将其push到一个信号队列中,然后有一个专门的goroutine执行signal.loop,这个函数从上述信号队列中取信号,并转移到用户自定义的chan os.Signal中,再由我们自己写的chan read代码消费,并执行处理。

对应到源码中主要有几个函数:

对应到源码中主要有几个函数:

  • os/signal/signal.go:这个函数里面在func init()的时候有启动一个loop函数,这个函数内调用runtime.signal_recv来不停地接收信号,然后检查程序通过os.Notify为哪些chan os.Signal订阅了该信号,就将该信号push到对应的chan中,后面应用程序就可以自行处理了;

  • runtime/sigqueue.go:runtime.sigsend、runtime.signal_recv这两个函数很重要,前者是程序收到系统发送来的信号时将信号写入outgoing sigqueue中,其实就是sig结构体的mask字段,后面signal_recv的时候也是从该mask字段读取,并写入recv字段中,recv中非0的应该就是表示收到了信号(信号编号为索引值);

  • runtime/signal_unix.go:有个函数sighandler,这个函数负责对不同的信号执行不同的处理,比如抢占式调度SIGURG的处理,比如SIGPROF的处理,比如我们这里讨论的一些异步信号的处理sigsend。在go程序中不管是什么信号,这些信号是在sighandler做不同处理。sighandler虽然名字是信号处理函数,我们也看到了通过setsig将所有信号全部设置sighandler为信号处理函数,但是其实这只是表现。setsig函数内部又做了一个转换,将信号的信号处理函数设置为了sigtramp活着cgosigtramp,这些函数内部又调用sighandler。下面会提到sigtramp的逻辑;

  • runtime/runtime2.go:这里定义了GMP调度模型中的m,m包含一个成员gsignal,它表示信号处理用的goroutine。os_linux.go中mpreinit会为创建一个goroutine,协程栈被初始化一个32KB大小的信号处理栈,很大这是为了兼容不同操作系统的一些问题,linux要≥2KB,OSX要≥8KB…

  • sigtramp是注册到操作系统的信号处理函数,当操作系统执行系统调用返回时检查进程有没有信号到达,有并且没有屏蔽信号则执行对应的信号处理函数,这个时候是切到了用户态去执行信号处理函数。在执行信号处理函数的时候比较特殊,go需要为信号处理函数准备一个不同的栈帧,即信号处理栈,这个前面提过了是一个32KB大小的栈,然后将当前m.g设置为gsignal(栈大小为32KB),栈准备好之后,执行前面提过的sighandler执行信号处理,处理完成返回后,再将m.g设置为原来的g恢复正常执行。其实signhandler执行过程中,sigsend发送到outgoing sigqueue,然后signal_recv收信号发送到os.Notify订阅的chan,就完事了,后面就是我们熟悉的chan read并处理逻辑了。

算是介绍的比较详细了吧,篇幅、时间原因就不贴源码了,感兴趣的可以对着提及的源码仔细看看、求证一下。

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