Android中信号SIGQUIT的特殊作用

正常情况下，进程收到SIGQUIT信号会生成coredump然后退出。但在Android系统中，SIGQUIT有特殊用途：用来dump线程状态/调用栈。

注：本文内容基于android-14.0.0_r74。

1. 背景

近期发现一个问题，执行bugreportz收集信息的时候，系统中有几个应用会退出，退出原因是收到了SIGQUIT信号。

查看Android源码发现，bugreportz会调用dumpstate收集系统中各进程的调用栈等信息，dumpstate是通过向目标进程发送SIGQUIT信号触发信息收集流程的：

默认情况下，进程收到信号QIGQUIT后的预期行为是生成coredump并退出。那些不退出的进程，一定是做了特殊处理，比如：

1. 注册信号处理函数(注意：信号处理函数在哪个线程执行是不确定的)
2. 所有的线程都屏蔽信号SIGQUIT，只留一个专用线程处理该信号

Android中采用的是第2种方式，它创建了一个专门的信号处理线程Signal Catcher，收到SIGQUIT后dump其他线程的调用栈等信息。

出问题的几个进程，都有一个线程调用pthread_sigmask修改了blocked signals，导致未阻塞SIGQUIT，而dumpstate发送的SIGQUIT又恰好分到了该线程执行，结果就是生成coredump然后退出。

Android中SIGQUIT相关处理流程如下图所示：

• zygote进程初始化的时候就屏蔽了信号SIGQUIT，fork出来的app进程自然也屏蔽了这个信号
• 由于创建新线程的时候会继承当前线程的sigmask，所以app进程后续创建的线程也都自动屏蔽该信号
• app进程在执行用户代码前，创建了专门的信号处理线程Signal Catcher，用于处理SIGQUIT等信号

如果你只关心基本原理，本文读到这里就可以了。
如果你想看下Android是怎么实现的（最好是参照源码阅读），请继续。

2. SIGQUIT屏蔽流程

前面提到zygote中就屏蔽了信号SIGQUIT，所以这块只涉及zygote的初始化过程。zygote的初始化主要分为下面几部分（下图头部横向部分所示）：

• init.rc脚本启动zygote进程主程序
• 初始化Android运行环境，这里的AndroidRuntime只是个抽象层，或者可以理解成更上层的运行环境（相对于下面的ART来讲）
• JniInvocation加载真正的运行环境实现库libart.so，这里可以配置加载哪种运行环境，Dalvik切换ART就是在这里实现的；如果你自己实现了一套运行环境，只需要在这里适配就行，其他地方不需要修改
• 初始化ART运行环境，创建Java虚拟机

具体调用链图中标注的比较清晰，这里就不再赘述了。点击查看高清大图。

上图最后一步Runtime::BlockSignals的实现如下(看到SIGQUIT了吧)：

// art/runtime/runtime.cc

void Runtime::BlockSignals() {
  SignalSet signals;
  signals.Add(SIGPIPE);
  // SIGQUIT is used to dump the runtime's state (including stack traces).
  signals.Add(SIGQUIT);
  // SIGUSR1 is used to initiate a GC.
  signals.Add(SIGUSR1);
  signals.Block();
}

SignalSet::Block最终调用pthread_sigmask64对信号进行屏蔽：

void Block() {
  if (pthread_sigmask64(SIG_BLOCK, &set_, nullptr) != 0) {
    PLOG(FATAL) << "pthread_sigmask failed";
  }
}

3. SIGQUIT捕获流程

SIGQUIT的捕获流程如下图所示：

• zygote在第3步fork出应用进程后，应用进程也是屏蔽了信号SIGQUIT的
• 在执行用户代码前，框架层进过一番调用，最终在第10步创建了Signal Catcher线程，专门用来处理SIGQUIT等信号

具体调用链图中标注的比较清晰，这里就不再赘述了。点击查看高清大图。

Signal Catcher线程主函数如下：

// art/runtime/signal_catcher.cc

void* SignalCatcher::Run(void* arg) {
  SignalCatcher* signal_catcher = reinterpret_cast<SignalCatcher*>(arg);

  // ... 删减部分非相关代码

  // Set up mask with signals we want to handle.
  SignalSet signals;
  signals.Add(SIGQUIT);
  signals.Add(SIGUSR1);

  while (true) {
    int signal_number = signal_catcher->WaitForSignal(self, signals);
    switch (signal_number) {
    case SIGQUIT:
      signal_catcher->HandleSigQuit();
      break;
    case SIGUSR1:
      signal_catcher->HandleSigUsr1();
      break;
    default:
      LOG(ERROR) << "Unexpected signal %d" << signal_number;
      break;
    }
  }
}

其中SignalCatcher::WaitForSignal又调用SignalSet::Wait，最终阻塞在函数sigwait64上等待信号：

int Wait() {
  // Sleep in sigwait() until a signal arrives. gdb causes EINTR failures.
  int signal_number;
  int rc = TEMP_FAILURE_RETRY(sigwait64(&set_, &signal_number));
  if (rc != 0) {
    PLOG(FATAL) << "sigwait failed";
  }
  return signal_number;
}

进程收到SIGQUIT信号后，因为其他线程都屏蔽了该信号，只能发给Signal Catcher线程处理，在该线程上调用函数SignalCatcher::HandleSigQuit输出调用栈等信息。

4. 其他

不同于SIGQUIT，Android为SIGSEGV注册了信号处理函数，这个操作也是在zygote中就完成的，这样fork出来的app进程就自动继承了这个信号处理函数。

具体流程和本文第2部分[SIGQUIT的屏蔽流程]类似，Runtime::Init在调用Runtime::BlockSignals屏蔽了SIGQUIT信号之后，紧接着就为SIGSEGV等信号注册了处理函数，具体调用链如下：

1. art/runtime/runtime.cc中的Runtime::Init
2. art/runtime/runtime_android.cc中的InitPlatformSignalHandlers
3. art/runtime/runtime_common.cc中的InitPlatformSignalHandlersCommon注册了下面几个信号的处理函数：
   • 信号处理函数是art/runtime/runtime_android.cc中的HandleUnexpectedSignalAndroid
   • 它又调用art/runtime/runtime_common.cc中的HandleUnexpectedSignalCommondump 调用栈等crash信息

void InitPlatformSignalHandlersCommon(void (*newact)(int, siginfo_t*, void*),
                                      struct sigaction* oldact,
                                      bool handle_timeout_signal) {
  // ...

  int rc = 0;
  rc += sigaction(SIGABRT, &action, oldact);
  rc += sigaction(SIGBUS, &action, oldact);
  rc += sigaction(SIGFPE, &action, oldact);
  rc += sigaction(SIGILL, &action, oldact);
  rc += sigaction(SIGPIPE, &action, oldact);
  rc += sigaction(SIGSEGV, &action, oldact);
#if defined(SIGSTKFLT)
  rc += sigaction(SIGSTKFLT, &action, oldact);
#endif
  rc += sigaction(SIGTRAP, &action, oldact);
}