标签：函数中断信息安全笔记进程捕捉内核信号第六章

一、知识点归纳

1. 信号和中断

1.1 进程概念

进程是计算机中的基本执行单位，可以看作是一系列活动的集合。这些活动包括从事日常事务的人、在用户模式或内核模式下运行的Unix/Linux进程，以及执行机器指令的CPU。

1.2 中断

中断是一种事件，用于通知进程需要进行某种处理，将进程从正常活动转移到其他活动，这个过程称为“中断处理”。中断可以使进程在完成中断处理后恢复正常活动。

1.3 中断的来源

来自硬件的中断：例如，大楼火警、闹钟响了等。
来自其他人的中断：例如，电话响了、有人敲门等。
自己造成的中断：例如，割到手指、吃得太多等。

1.4 中断的分类

不可屏蔽中断（NMI）：这些是紧急事件，例如大楼火警，需要立即处理。
可屏蔽中断：这些中断可以根据紧急程度进行处理，例如有人敲门，可以稍后回应。

1.5 进程中断

进程中断是发送给进程的中断。一个进程在执行时可能会收到来自三个不同来源的中断：

来自硬件的中断：例如终端输入、间隔定时器的“Ctrl+C”组合键等。
来自其他进程的中断：通过系统调用（如kill(pid, SIG#)）向目标进程发送信号。
自己造成的中断：由被CPU识别为异常的错误引起，如除以0、无效地址、非法指令等。

1.6 进程的陷阱错误

进程也可能自己造成中断。这些中断由被CPU识别为异常的错误引起，例如除以0、无效地址、非法指令等。当进程遇到异常时，它会陷入操作系统内核，将陷阱原因转换为信号编号，并将信号发送给自己。在用户模式下发生异常时，进程的默认操作是终止，并使用可选的内存转储进行调试。不过，进程也可以用信号捕捉器代替默认动作函数，允许它在用户模式下处理信号。如果在内核模式下发生陷阱，原因可能是硬件错误或内核代码中的漏洞，在这种情况下，内核无法处理，通常只会打印一条PANIC错误消息然后停止。

2. Unix/Linux信号示例

2.1 Ctrl+C

按下"Ctrl+C"通常会导致当前运行的进程终止。这是因为"Ctrl+C"会生成一个键盘硬件中断，被转换为SIGINT(2)信号，发送给终端上的所有进程，并唤醒等待键盘输入的进程。在内核模式下，每个进程都要检查和处理未完成的信号。进程对大多数信号的默认操作是调用内核的kexit(exitValue)函数来终止。在Linux中，exitValue的低位字节是导致进程终止的信号编号。

2.2 nohup命令

使用nohup命令可以在后台运行一个程序，即使用户退出后，进程仍会继续运行。nohup命令会使Shell复制子进程来执行程序，子进程会忽略SIGHUP(1)信号。当用户退出时，Shell会向与终端有关的所有进程发送一个SIGHUP信号，但后台进程会忽略它，继续运行。为防止后台进程使用终端进行I/O，通常会将其文件描述符0、1、2重定向到/dev/null，使其完全不受任何面向终端信号的影响。

2.3 杀死进程

用户可以使用kill命令或信号编号（如SIGTERM或SIGKILL）来终止进程。进程可以选择响应这些信号，如果不响应，可以使用SIGKILL信号来强制终止。在最初的Unix中，只有9个信号，其中9号信号被保留为终止进程的终极手段。虽然后来的Unix/Linux系统将信号编号扩展到了31，但是信号编号9的含义仍然保留了下来。

3. Unix/Linux中的信号处理

3.1 信号类型

Unix/Linux支持31种不同的信号，每种信号在signal.h文件中都有定义。

3.2 信号的来源

信号可以来自硬件中断、异常或其他进程。硬件中断可以是键盘输入、定时器到期等。异常信号是由进程自身引起的，如除以0、无效地址等。其他进程可以使用系统调用向目标进程发送信号。

3.3 进程的信号处理

每个进程都有一个32位向量来记录发送给它的信号，以及一个MASK位向量来屏蔽相应的信号。每个信号都有一个处理函数，进程可在收到信号后执行该函数。

4. 信号处理步骤

4.1 信号处理过程

当进程处于内核模式时，会检查信号并处理未完成的信号。如果某信号有用户安装的捕捉函数，该进程会先清除信号，获取捕捉函数地址，对于大多数陷阱信号，则将已安装的捕捉函数重置为默认。然后，它会在用户模式下返回，执行捕捉函数，以这种方式篡改返回路径。当捕捉函数结束时，它会返回到最初的中断点，即它最后进入内核模式的地方。

4.2 重置用户安装的信号捕捉函数

用户安装的陷阱相关信号捕捉函数用于处理用户代码中的陷阱错误。由于捕捉函数也在用户模式下执行，因此可能会再次出现同样的错误。如果是这样，该进程最终会陷入无限循环，一直在用户模式和内核模式之间跳跃。为了防止这种情况，Unix内核通常会在允许进程执行捕捉函数之前先将处理函数重置为默认。这意味着用户安装的捕捉函数只对首次出现的信号有效。若要捕捉再次出现的同一信号，则必须重新安装捕捉函数。