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Fonctionnalités du noyau Linux (Episode 8) – Travaux pratiques sur les appels système dédiés à la synchronisation des processus par signaux

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Les signaux sous Linux sont un mécanisme de communication inter-processus utilisé par le noyau pour notifier un processus qu’un événement s’est produit. Nous avons déjà consacré une introduction aux signaux dans l’épisode 5.

Contrairement aux appels système classiques, ils sont asynchrones : un processus peut recevoir un signal à n’importe quel moment, ce qui interrompt temporairement son exécution normale.

Chaque signal possède un numéro et un nom symbolique défini dans le fichier d’en-tête signal.h. Les signaux standard vont de 1 à 31, tandis que les signaux temps réel, plus nombreux, occupent généralement les numéros 32 à 64.

Un signal peut être envoyé par le noyau lui-même, par un autre processus via l’appel système kill, ou par le processus lui-même avec raise. 

#include <signal.h>

int kill(pid_t pid, int sig); // pid = numéro du processus à atteindre, sig numéro du signal à lui envoyer
int raise(int sig); // équivalent à kill(getpid(),sig);

L’utilitaire en ligne de commande kill permet également d’envoyer un signal à un processus identifié par son PID, et pkill ou killall le font par nom.

Chaque signal a une action par défaut. Pour la plupart, cette action est de terminer le processus. Certains signaux comme SIGSEGV ou SIGFPE indiquent une erreur matérielle ou logicielle grave.

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Fonctionnalités du noyau Linux (Episode 5) – Communication inter-processus

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Nous avons vu dans l’épisode 1 l’architecture générale de l’environnement du noyau Linux et la manière dont il gère les processus. L’épisode 2 nous a permis d’entrer dans le détail de la gestion de la mémoire. L’épisode 3 nous a permis de creuser comment le noyau Linux gère les périphériques. Dans l’épisode 4 nous avons vu comment le noyau Linux offre aux applications un service d’appels système.

Dans cet épisode 5 nous allons voir les mécanismes qu’offre le noyau Linux aux processus tournant sur le système pour communiquer entre eux, c’est à dire pour se synchroniser et/ou s’envoyer des données.

Rappelons que ces mécanismes sont indispensables car, comme nous l’avons vu dans l’épisode 2 consacré à la gestion de la mémoire, les processus vivent en mémoire virtuelle paginée utilisateur ce qui rend leur espace mémoire complètement étanche avec celui des autres processus.

Sans mécanisme particulier additionnel, la communication inter-processus ne serait tout simplement pas possible par construction.

Le noyau Linux, comme tous les Unices (pluriel d’Unix), offre 2 mécanismes de synchronisation (signaux et sémaphores) et 5 mécanismes d’échange de données (segments de mémoire partagée, files de messages, pipes, pipes nommés, et sockets Unix). Nous allons balayer le fonctionnement de ces mécanismes, dont nous étudierons l’utilisation dans des programmes en langage C dans des articles ultérieurs.

Les signaux

Les signaux sont un mécanisme de communication inter-processus qui permet d’envoyer des notifications asynchrones à un processus pour l’informer qu’un événement s’est produit. On peut les voir comme des « interruptions logicielles » qui permettent au noyau, à un autre processus ou à un utilisateur de contrôler et d’interagir avec un programme en cours d’exécution.

Un signal peut être généré par :

  • L’utilisateur : Par des combinaisons de touches comme Ctrl+C par exemple.
  • Le noyau : Pour signaler une erreur matérielle ou logicielle (par exemple, une division par zéro ou un accès mémoire invalide).
  • Un autre processus : Via des commandes shell comme kill ou des appels système.

Lorsqu’un signal est envoyé à un processus (en indiquant son PID), celui-ci peut y réagir de quatre manières différentes :

  1. Exécuter l’action par défaut : Souvent, cela termine le processus. Parfois, le signal est ignoré.
  2. Ignorer le signal : Le processus ne fait rien et continue son exécution.
  3. Intercepter le signal (avec un gestionnaire, ou callback) : Le processus exécute une fonction personnalisée pour traiter l’événement.
  4. Bloquer le signal : Le signal est mis en attente et ne sera délivré que lorsque le processus le débloquera.

Chaque signal est connu par un nom (SIGKILL, SIGSTOP, etc.) ou par son numéro.

Les signaux SIGKILL (signal qui porte le numéro 9) et SIGSTOP (qui porte les numéros 19, ou 23) sont des exceptions. Ils ne peuvent ni être interceptés, ni ignorés, ni bloqués. Cela garantit que l’utilisateur ou l’administrateur peut toujours stopper un processus, même s’il est défaillant.

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