【Linux】从内存布局到信号屏蔽：Linux 内核态与用户态交互核心知识点汇总
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文章目录
- 内存中的程序与操作系统
- 用户态与内核态：权限边界
- 权限识别与切换
- 段描述符表控权
- 捕捉信号：sigaction用法
- sigaction函数结构
- 函数返回值
- sigaction的优势
- 代码示例与运行结果
- sa_mask信号集：屏蔽规则
- 核心机制
- 规则更新说明
- 实际系统表现与扩展屏蔽
- 扩展屏蔽代码示例
内存中的程序与操作系统
程序一运行，它的代码和要用的数据就会“住进”物理内存；操作系统本身也是软件，自然也得占一块内存空间。
每个用户程序（进程）都有自己专属的“地址映射表”（用户页表）——就像每家有自己的门牌号对照表，所以这类表会有很多份；但操作系统的“地址映射表”（内核页表）全系统只需要一份，所有进程共用。
为啥这么设计？很简单：操作系统的代码和数据是固定的，一份映射表就够让所有进程找到它，不管进程怎么切换，都能精准定位到操作系统。
那操作系统的内存里都装了啥？看下面这张图就清楚了：
用户态与内核态：权限边界
用户进程和操作系统（内核）共用0-4GB的“虚拟内存地盘”。这时候你可能会问：用户进程会不会偷偷跑到内核的地盘，乱访问内核的代码和数据？
答案是：绝对不会！因为操作系统对谁都不放心，它用“用户态”和“内核态”划了条严格的权限红线：
- 用户态：进程以普通用户身份运行，只能在自己的0-3GB虚拟内存里折腾；不用麻烦操作系统时，直接用自己的虚拟地址就能操作自己的资源；
- 内核态：进程以内核身份运行（比如要调用系统功能时），能访问整个0-4GB虚拟内存，负责管理电脑的全局资源（比如CPU、内存）。
权限识别与切换
CPU里有个cs寄存器，它的前两个比特位是“权限身份证”（CPL），能判断当前进程的权限：
- 数值0：内核态；
- 数值3：用户态。
如果用户态进程敢碰3-4GB的内核地盘，CPU一检测到越权，就会直接终止这个进程，绝不留情。
那用户态怎么切到内核态？得用专门的“指令钥匙”：
int 0x80：比较老的系统调用方式；syscall：更高效的系统调用方式。
这两个指令的作用很简单：把cs寄存器前两位改成0（切到内核态），再跳转到内核的内存地址——相当于“进入内核的办公区”。
段描述符表控权
除了用户态、内核态的大划分，还有“段描述符表”（分全局、局部两种）来细化权限管理。表里面的RPL和DPL是两个“权限检查官”：
- DPL：某块内存区域（段）本身的权限级别，规定了访问它至少需要什么权限；
- RPL：请求访问该区域的进程的权限级别。内核会对比这两个级别，只有满足要求，才允许进程访问。
捕捉信号：sigaction用法
在Linux里，除了signal函数能处理信号，sigaction是更灵活的“信号处理器”——既能查看当前信号的处理方式，也能修改它的处理动作。
sigaction函数结构
这张图把函数的“长相”和参数分工讲得很清楚：
signum：要操作的信号编号（比如SIGINT，就是按Ctrl+C触发的信号）；act：指向sigaction结构体的指针，里面装着新的信号处理配置（比如用哪个函数处理信号）；oldact：用来保存原来的信号处理配置，不用保存的话填NULL就行。
函数返回值
- 成功：返回0；
- 失败：返回-1，还会设置errno变量，告诉你哪里出错了。
sigaction的优势
它比signal函数功能更全——不仅能处理普通信号，还能处理实时信号，应对复杂的信号场景更给力。
代码示例与运行结果
下面是实际使用代码，注释写得很细，跟着看就能懂：
比如代码里定义了sig_handler函数处理信号，再用sigaction把SIGINT信号和这个函数绑定；运行后按Ctrl+C，就能看到信号被成功捕捉，输出对应的提示——运行效果如下：
sa_mask信号集：屏蔽规则
sigaction结构体里有个sa_mask成员，它是“信号屏蔽清单”——负责控制信号处理期间，哪些信号不能进来打扰。
核心机制
当某个信号的处理函数开始工作时，内核会自动把这个信号加到“屏蔽表”（block表）里，把对应的位从0改成1——防止同一个信号反复来捣乱；等处理函数执行完返回，再把这个信号从屏蔽表里去掉，位从1改回0。
还有个“未决表”（pending），状态和屏蔽表正好相反：信号没处理时位是1，处理完就变成0。
说白了：操作系统不允许同一个信号同时被多次处理，得一个一个来。
规则更新说明
关于屏蔽表和未决表的状态变化，看这张图就能理清：
实际系统表现与扩展屏蔽
在Ubuntu 20.04、CentOS 7这些常见系统里，当前正在处理的信号会被自动屏蔽。如果想在处理某个信号时，顺便屏蔽其他信号，把那些信号加到sa_mask里就行。
扩展屏蔽代码示例
下面的代码演示了怎么给sa_mask加额外的屏蔽信号——比如处理SIGINT时，顺便屏蔽SIGQUIT（按Ctrl+\触发的信号），这样在处理SIGINT期间按Ctrl+\，信号会被屏蔽，等SIGINT处理完才会生效：
