Linux中信号处理程序返回后系统调用重启机制及差异问题

程序1：按下CTRL+C时系统调用始终重启阻塞 #

当按下CTRL+C触发SIGINT信号后，信号处理完成后会自动重启被中断的getchar()调用，进程继续阻塞等待输入。

#define _GNU_SOURCE

#include <signal.h>
#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/select.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <ucontext.h>

void sighandler(int signo, siginfo_t *info, void *ctx) {
}

int main() {
    stack_t s;
    s.ss_flags = 0;
    s.ss_size = 40000;
    s.ss_sp = malloc(40000);
    sigaltstack(&s, NULL);

    struct sigaction action;
    action.sa_flags = SA_SIGINFO|SA_ONSTACK|SA_RESTART;

    sigfillset(&action.sa_mask);
    action.sa_sigaction = sighandler;
    sigaction(SIGINT, &action, NULL);

    getchar();
}

程序2：按下CTRL+C后打印哈哈并退出 #

触发SIGINT信号后，程序不会重启getchar()调用，而是执行自定义函数打印内容后直接退出。

#define _GNU_SOURCE

#include <signal.h>
#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/select.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <ucontext.h>

void restore_here() {
    printf("哈哈\n");
}

void sighandler(int signo, siginfo_t *info, void *ctx) {
    ucontext_t *sigctx = ctx;
    makecontext(ctx, restore_here, 0);
}

int main() {
    stack_t s;
    s.ss_flags = 0;
    s.ss_size = 40000;
    s.ss_sp = malloc(40000);
    sigaltstack(&s, NULL);

    struct sigaction action;
    action.sa_flags = SA_SIGINFO|SA_ONSTACK|SA_RESTART;

    sigfillset(&action.sa_mask);
    action.sa_sigaction = sighandler;
    sigaction(SIGINT, &action, NULL);

    getchar();
}

问题 #

已知信号处理程序返回后，C库会调用sigreturn系统调用，原子性设置信号掩码并跳转到ctx指定的位置。现需解答：

1. 内核何时重启系统调用？
2. 为何程序2在sigreturn调用后未重启系统调用？

解答 #

内核重启系统调用的时机 #

当同时满足以下两个条件时，内核会在sigreturn恢复上下文之前重启被中断的系统调用：

• 被信号中断的是可重启类型的系统调用（如getchar、select这类阻塞式I/O调用、进程控制类调用等）；
• 注册信号处理函数时，sigaction的sa_flags参数设置了SA_RESTART标记。

此时内核会自动重新执行被中断的系统调用，进程逻辑会回到被信号打断前的状态，继续执行原系统调用。

程序2未重启系统调用的原因 #

程序2的信号处理函数中调用makecontext(ctx, restore_here, 0)直接修改了sigreturn要恢复的上下文ctx：

• 原本ctx中保存着被中断的getchar()系统调用的执行状态、返回地址等关键信息，内核正是依靠这些信息判断需要重启的系统调用；
• 修改后的上下文指向了自定义函数restore_here，sigreturn执行后会直接跳转到restore_here执行，而非回到getchar()被中断的位置；
• 内核找不到原系统调用的执行上下文，因此不会触发系统调用重启逻辑。restore_here执行完毕后，进程没有回到原主程序的执行流，直接退出。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Markity