📚 课程目录第1章 Crash信号捕获机制与拦截点配置

1. Crash信号捕获机制与拦截点配置

Crash信号捕获是进程级异常拦截的第一道防线。当程序访问非法地址、执行非法指令或主动触发中止时，内核会向进程投递SIGSEGV、SIGABRT等信号。本章围绕信号注册、sigaction配置、关键信号拦截与拦截点优先级，拆解如何构建稳定、可调试的信号处理体系。

1.1 信号处理基础与注册入口

Posix信号处理提供两套API：旧的signal()和推荐的sigaction()。signal()行为因实现而异（SysV vs BSD），且不支持信号掩码、标志位精细控制。生产级Crash拦截必须统一使用sigaction()。

函数	可移植性	信号掩码控制	标志位支持	推荐场景
`signal()`	弱（Unspecified语义）	无	无	简单Demo
`sigaction()`	强（Posix标准）	通过`sa_mask`	`SA_SIGINFO`、`SA_NODEFER`等	生产系统

核心原则：任何Crash信号处理函数必须遵守“异步信号安全”约束，只允许调用异步信号安全函数（如write()、sigprocmask()、原子操作），禁止使用malloc()、printf()、互斥锁等。

1.2 sigaction结构与配置要点

sigaction结构体控制处理行为的全部细节：

struct sigaction {
    void     (*sa_handler)(int);               // 无SIGINFO时使用
    void     (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);
    sigset_t   sa_mask;                         // 处理期间阻塞的信号集
    int        sa_flags;                        // 标志位组合
    void     (*sa_restorer)(void);              // 已废弃，置NULL
};

关键标志位：

SA_SIGINFO — 使用sa_sigaction获取额外信息（信号编号、发信号进程PID、用户态/内核态地址）。Crash拦截强烈建议开启，便于获取触发异常的内存地址。
SA_NODEFER — 处理函数执行期间不自动阻塞相同信号。默认行为：进入处理函数时自动阻塞该信号（防止递归），但SA_NODEFER允许递归信号——对Crash信号极不推荐，可能造成无限递归。
SA_RESTART — 被信号中断的系统调用自动重启动。对Crash拦截通常无需设置，因为Crash信号后线程不会再恢复。
SA_ONSTACK — 使用替代信号栈（sigaltstack）。当进程栈溢出时，此标志保证信号处理函数有独立栈可用，是SIGSEGV拦截的关键配置之一。

1.2.1 典型SIGSEGV拦截配置

struct sigaction sa;
memset(&sa, 0, sizeof(sa));
sa.sa_sigaction = crash_signal_handler;
sa.sa_flags = SA_SIGINFO | SA_ONSTACK | SA_NODEFER;  // 注意：SA_NODEFER需谨慎
sigemptyset(&sa.sa_mask);
if (sigaction(SIGSEGV, &sa, NULL) == -1) {
    perror("sigaction SIGSEGV");
    exit(1);
}

危险配置：若同时设置SA_NODEFER且处理函数中出现新的SIGSEGV（如访问空指针），将导致递归死循环。建议Crash信号不设置SA_NODEFER，让内核自动屏蔽该信号，保障至少一次处理安全。

1.3 SIGSEGV / SIGABRT 拦截差异

信号	触发条件	拦截后典型操作	特殊隐患
SIGSEGV	无效内存访问（空指针、写只读页）	记录`siginfo_t->si_addr`，调用`_exit()`或`siglongjmp()`返回安全点	栈指针损坏时无法执行处理函数；递归信号
SIGABRT	`abort()`、`assert()`失败、`double free`（glibc）	冲刷日志、生成core dump、`_exit()`退出	处理函数中再次调用`abort()`（如日志输出失败）形成连环abort
SIGBUS	硬件错误（未对齐访问、物理地址不存在）	与SIGSEGV类似，但`si_code`不同	不常见，但同样需要拦截

对SIGABRT拦截时要特别小心：abort()会先尝试触发SIGABRT并允许处理函数执行；若处理函数返回（sighandler return），abort()会再次发送信号并强制终止。因此拦截SIGABRT的处理函数不能返回，应直接_exit()或siglongjmp()。

1.4 拦截点优先级与冲突解决

一个进程内可能存在多个模块（动态库、框架、用户代码）分别注册信号。拦截点的“最后安装者生效”原则导致不确定性。需建立明确的优先级策略：

系统核心层（coredump生成、守护进程框架） — 最后注册，拥有最高优先级。
中间件/第三方库 — 应当使用sigaction保存旧处理函数（oldact），并在自己处理完后酌情调用旧处理函数形成链式调用。
应用层Crash拦截 — 通常使用SA_NODEFER+替代栈，避免被其他处理函数干扰。

实现链式调用的关键：

static struct sigaction old_sa;
static void my_handler(int sig, siginfo_t *info, void *context) {
    // 自己的Crash记录逻辑
    // ...
    // 调用旧处理（若有）
    if (old_sa.sa_flags & SA_SIGINFO) {
        if (old_sa.sa_sigaction)
            old_sa.sa_sigaction(sig, info, context);
    } else if (old_sa.sa_handler) {
        old_sa.sa_handler(sig);
    }
}
// 注册时保存旧动作
sigaction(SIGSEGV, &my_sa, &old_sa);

调试技巧：在GDB中设置handle SIGSEGV nostop noprint可以观察Crash处理行为而不被调试器拦截；使用info signals查看当前信号配置。运行时通过/proc/<pid>/status中的SigCgt字段验证哪些信号已被用户态注册。

1.5 性能与稳定性优化要点

最小化处理函数代码：只做原子写入（如日志文件描述符）、设置状态标志、调用_exit()。避免任何可能触发内存分配或锁的操作。
使用替代信号栈：通过sigaltstack()分配专用栈，避免进程栈耗尽导致处理函数无法执行。
避免信号嵌套：在sa_mask中阻塞本信号及其他Crash相关信号，防止处理期间二次中断。
考虑线程安全：多线程环境下使用pthread_sigmask()控制线程级信号掩码，确保Crash处理只在一个特定线程（如监控线程）中执行。

1.6 信号拦截流程图

1.7 常见错误排查清单

错误	典型表现	根因	修复
处理函数内部coredump	Crash日志未记录，进程直接终止	处理函数调用了非异步信号安全函数（如`printf`）导致二次Crash	只使用`write()`、原子操作；使用`sigaction`的`sa_mask`屏蔽信号
递归信号无限循环	CPU 100%，日志重复	设置了`SA_NODEFER`且处理函数再次触发相同信号	移除`SA_NODEFER`或增加递归计数后`_exit()`
SIGABRT处理后仍被终止	总是最后退出码为139+	处理函数`return`导致`abort()`再次发送信号	处理函数中直接`_exit()`或`siglongjmp`
多线程SIGSEGV仅主线程捕获	子线程Crash不触发处理函数	未使用`pthread_sigmask`设置线程信号掩码，信号被默认发送到主线程	在Crash处理线程中统一设置`sigaction`，其他线程阻塞该信号

1.8 本章小结

Crash信号拦截的核心在于：正确使用sigaction配置、理解信号掩码与标志位的相互作用、严格遵循异步信号安全编码规范。下一阶段将深入替代信号栈的实现与栈回溯采集，确保在栈损坏时仍能可靠捕获Crash现场。