在初學linux編程的時候，一直覺得異步信號handle是個很神奇的東西，用戶程序可以使用singal之類的系統調用為某某信號注冊一個信號處理函數（handle函數）。

程序的二進制代碼在內存中都有著確定的執行流程，為什么收到異步信號以后，程序會被“中斷”，然后跳轉到這個handle函數里面去運行呢？內核怎么有能力讓程序做這樣的跳轉呢，總不可能臨時修改程序的可執行代碼吧？

后來學習了一些內核知識，才知道原來進程收到信號以后，并不是立即就被“中斷”的，而是先在進程的控制結構（task_struct）中記錄下收到了某某信號，然后等到進程即將從內核態返回用戶態的時候，流程才被“中斷”，handle函數才被調用。

用戶進程什么時候會從內核態返回用戶態呢？一般主要是三種情況：系統調用（用戶進程主動進入內核）、中斷（用戶進程被動進入內核）、被調度執行（用戶進程從等待執行變為正在執行）。

進程從收到信號到它從內核態返回用戶態的過程，是需要一定時間的。但是這個時間一般會很短，至少時鐘中斷會以較大的頻率（比如1毫秒一次）將用戶進程帶入內核（當然，只針對正在執行的進程）。

在進程即將從內核態返回用戶態時，如果有信號需要處理，對應的handle函數將被調用（當然，可能沒有注冊handle，這時內核對信號進行默認的處理）。注意，現在進程還在內核態，內核是怎么調用用戶態的handle函數的呢？

直接調用可以嗎？當然不行。內核代碼運行在高CPU特權級別下，如果直接調用handle函數，則handle函數也將在相同的CPU特權下被執行。那么用戶將可以在handle函數里面為所欲為。

所以，調用handle必須先返回用戶態。但是返回用戶態后，程序流程又不受內核控制了，難不成內核還真的把用戶進程的可執行代碼臨時改掉？

內核實際的做法還是比較巧妙。用戶進程進入內核以后，都會在其對應的內核棧上留下返回地址，以便流程返回。內核調用handle函數的辦法就是臨時改掉棧上的返回地址，然后按原有的返回用戶態的流程去返回。結果這一返回，就到了handle函數去了。（當然，需要修改的并不止是返回地址，而是一整個調用棧。）

雖然現在臨時把返回地址改了，但是用戶進程最終還是要返回到原先那個返回地址去的。那么，原先的返回地址及其調用棧應該保存在哪里呢？進程的內核棧空間有限，并且還需要應付handle函數中可能發生的系統調用，所以內核把這些信息放在內核棧上是不現實的，只能壓到了用戶棧上去。

當handle函數執行完畢，執行流程要返回到內核去。同樣，由于CPU特權級別不同，從handle函數返回內核時不能單純地利用RET指令去返回的。需要執行一次系統調用。

在handle執行完后，為什么要回到內核，再從內核返回到原始返回地址呢？如果直接返回到原始的返回地址那自然是很便捷。并且要這么做也不難，原始返回地址及其調用棧已經被壓到了用戶棧上，內核只需要在handle函數的調用棧上稍做手腳就行了。

1、返回到原始返回地址并不是回到那個地址就行了，需要把整個現場都恢復（主要是寄存器什么的）。當然，內核也可以在用戶棧上面壓一些代碼，來完成這些事情；

2、現在可能不止一個信號要處理，最好讓用戶進程返回內核，繼續處理其他信號；

為了返回內核，首先，內核在返回到handle函數之前，先將某個返回地址壓到用戶棧上，以便從handle返回時能夠返回到指定的地址上。這個指定的地址其實也在進程的用戶棧上，內核又在這個地址上放了幾條指令（在棧上放置可執行代碼），讓進程去調用一個名叫sigreturn的系統調用。

返回到handle函數前的用戶棧大致如下：

原有數據 -》 調用sigreturn的指令（設其地址為a） -》 原始返回地址及其調用棧 -》 返回地址（值為a） -》 handle的棧變量

內核在handle函數的調用棧上放置sigreturn指令，這是在linux 2.4時的做法。每次調用用戶的handle函數都需要向用戶棧拷貝這么幾條指令，這并不太好。

linux 2.6有一個叫vsyscall page的頁面，上面包含了內核為用戶程序準備的一些指令，其中就包括調用sigreturn指令。這個vsyscall頁被映射到每個進程的虛擬地址空間靠近末尾的部分，被所有用戶進程共享，對于用戶進程是只讀的。這樣，handle函數的調用棧上就不需要再塞入sigreturn指令了，直接將handle函數的返回地址設為vsyscall頁中對應的代碼即可。

為了讓handle執行完以后自動調用sigreturn返回內核，內核做了很多事情。那么可不可以約定好，讓用戶自己去調用sigreturn呢？

當然，這是可以的。只是為了讓信號處理機制成為一套完整的機制，內核并沒有這么做。否則用戶在handle函數里面忘記調用sigreturn的話，可能莫名其妙地進程就崩潰了。而編譯器也很難找出這樣的錯誤。

進程調用sigreturn系統調用重新進入內核后，壓在用戶棧上的原始返回地址及其調用棧被獲取。最終內核又會修改棧，讓進程返回用戶空間時返回到這個原始返回地址上。