jvm安全点(二)openjdk17 c++源码垃圾回收安全点信号函数处理线程阻塞

news2025/5/19 1:44:56

1. 信号处理与桩代码(Stub)​

当线程访问安全点轮询页(Polling Page)时:

  1. ​触发 SIGSEGV 信号​​:访问只读的轮询页会引发 SIGSEGV 异常。
  2. ​信号处理函数​​:pd_hotspot_signal_handler 检测到 SafepointMechanism::is_poll_address 为真,调用 SharedRuntime::get_poll_stub 获取桩代码入口地址(如 polling_page_safepoint_handler_blob)。
  3. ​篡改 PC​​:os::Posix::ucontext_set_pc(uc, stub) 将线程的 ​​程序计数器(PC)​​ 设置为桩代码地址。

​2. 桩代码的职责​

桩代码(如 polling_page_safepoint_handler_blob)是平台相关的汇编代码,其核心逻辑为:

 

asm

复制

 

// 伪代码示例 call SafepointSynchronize::handle_polling_page_exception ; 调用安全点处理函数 ret

  • ​直接调用​​:桩代码通过 call 指令直接调用 SafepointSynchronize::handle_polling_page_exception
  • ​触发阻塞​​:handle_polling_page_exception 最终通过 SafepointSynchronize::block 让线程阻塞在安全点。

​3. 关键调用链​

信号处理与安全点处理的完整路径:

信号处理函数 (javaSignalHandler)
  → PosixSignals::pd_hotspot_signal_handler
    → 检测到安全点轮询页(SafepointMechanism::is_poll_address)
    → SharedRuntime::get_poll_stub(pc) 获取桩代码地址
    → 篡改 PC 到桩代码(如 polling_page_safepoint_handler_blob)
      → 桩代码执行
        → SafepointSynchronize::handle_polling_page_exception
          → SafepointMechanism::process
            → SafepointSynchronize::block
              → 线程阻塞等待安全点

​4. 核心设计思想​

  • ​信号驱动​​:通过操作系统的内存保护机制(轮询页不可访问)触发信号,将控制权交给 JVM。
  • ​间接跳转​​:信号处理函数不直接调用安全点逻辑,而是通过修改线程执行路径(PC),跳转到桩代码。
  • ​桩代码桥接​​:桩代码作为 ​​桥梁​​,将信号处理上下文与 JVM 内部安全点处理逻辑连接。

​5. 普通线程阻塞的触发​

  • ​所有 Java 线程​​:无论是用户线程、JIT 编译代码线程,还是解释器执行的线程,访问轮询页时都会触发此流程。
  • ​统一入口​​:无论线程原本在执行什么,最终都会通过桩代码调用 handle_polling_page_exception,确保所有线程在安全点处阻塞。

​总结​

  • ​信号处理函数不直接调用​​:handle_polling_page_exception 由 ​​桩代码​​ 直接调用,而非信号处理函数本身。
  • ​间接触发阻塞​​:通过篡改 PC 到桩代码,再由桩代码触发安全点处理逻辑,最终实现线程阻塞。
  • ​统一安全点处理​​:所有 Java 线程通过此机制在安全点同步,确保 GC 等操作的安全执行。

##源码

 

address SharedRuntime::get_poll_stub(address pc) {
  address stub;
  // Look up the code blob
  CodeBlob *cb = CodeCache::find_blob(pc);

  // Should be an nmethod
  guarantee(cb != NULL && cb->is_compiled(), "safepoint polling: pc must refer to an nmethod");

  // Look up the relocation information
  assert(((CompiledMethod*)cb)->is_at_poll_or_poll_return(pc),
    "safepoint polling: type must be poll");

#ifdef ASSERT
  if (!((NativeInstruction*)pc)->is_safepoint_poll()) {
    tty->print_cr("bad pc: " PTR_FORMAT, p2i(pc));
    Disassembler::decode(cb);
    fatal("Only polling locations are used for safepoint");
  }
#endif

  bool at_poll_return = ((CompiledMethod*)cb)->is_at_poll_return(pc);
  bool has_wide_vectors = ((CompiledMethod*)cb)->has_wide_vectors();
  if (at_poll_return) {
    assert(SharedRuntime::polling_page_return_handler_blob() != NULL,
           "polling page return stub not created yet");
    stub = SharedRuntime::polling_page_return_handler_blob()->entry_point();
  } else if (has_wide_vectors) {
    assert(SharedRuntime::polling_page_vectors_safepoint_handler_blob() != NULL,
           "polling page vectors safepoint stub not created yet");
    stub = SharedRuntime::polling_page_vectors_safepoint_handler_blob()->entry_point();
  } else {
    assert(SharedRuntime::polling_page_safepoint_handler_blob() != NULL,
           "polling page safepoint stub not created yet");
    stub = SharedRuntime::polling_page_safepoint_handler_blob()->entry_point();
  }
  log_debug(safepoint)("... found polling page %s exception at pc = "
                       INTPTR_FORMAT ", stub =" INTPTR_FORMAT,
                       at_poll_return ? "return" : "loop",
                       (intptr_t)pc, (intptr_t)stub);
  return stub;
}

bool PosixSignals::pd_hotspot_signal_handler(int sig, siginfo_t* info,
                                             ucontext_t* uc, JavaThread* thread) {

  if (sig == SIGILL &&
      ((info->si_addr == (caddr_t)check_simd_fault_instr)
       || info->si_addr == (caddr_t)check_vfp_fault_instr
       || info->si_addr == (caddr_t)check_vfp3_32_fault_instr
       || info->si_addr == (caddr_t)check_mp_ext_fault_instr)) {
    // skip faulty instruction + instruction that sets return value to
    // success and set return value to failure.
    os::Posix::ucontext_set_pc(uc, (address)info->si_addr + 8);
    uc->uc_mcontext.arm_r0 = 0;
    return true;
  }

  address stub = NULL;
  address pc = NULL;
  bool unsafe_access = false;

  if (info != NULL && uc != NULL && thread != NULL) {
    pc = (address) os::Posix::ucontext_get_pc(uc);

    // Handle ALL stack overflow variations here
    if (sig == SIGSEGV) {
      address addr = (address) info->si_addr;

      // check if fault address is within thread stack
      if (thread->is_in_full_stack(addr)) {
        // stack overflow
        StackOverflow* overflow_state = thread->stack_overflow_state();
        if (overflow_state->in_stack_yellow_reserved_zone(addr)) {
          overflow_state->disable_stack_yellow_reserved_zone();
          if (thread->thread_state() == _thread_in_Java) {
            // Throw a stack overflow exception.  Guard pages will be reenabled
            // while unwinding the stack.
            stub = SharedRuntime::continuation_for_implicit_exception(thread, pc, SharedRuntime::STACK_OVERFLOW);
          } else {
            // Thread was in the vm or native code.  Return and try to finish.
            return true;
          }
        } else if (overflow_state->in_stack_red_zone(addr)) {
          // Fatal red zone violation.  Disable the guard pages and fall through
          // to handle_unexpected_exception way down below.
          overflow_state->disable_stack_red_zone();
          tty->print_raw_cr("An irrecoverable stack overflow has occurred.");
        } else {
          // Accessing stack address below sp may cause SEGV if current
          // thread has MAP_GROWSDOWN stack. This should only happen when
          // current thread was created by user code with MAP_GROWSDOWN flag
          // and then attached to VM. See notes in os_linux.cpp.
          if (thread->osthread()->expanding_stack() == 0) {
             thread->osthread()->set_expanding_stack();
             if (os::Linux::manually_expand_stack(thread, addr)) {
               thread->osthread()->clear_expanding_stack();
               return true;
             }
             thread->osthread()->clear_expanding_stack();
          } else {
             fatal("recursive segv. expanding stack.");
          }
        }
      }
    }

    if (thread->thread_state() == _thread_in_Java) {
      // Java thread running in Java code => find exception handler if any
      // a fault inside compiled code, the interpreter, or a stub

      if (sig == SIGSEGV && SafepointMechanism::is_poll_address((address)info->si_addr)) {
        stub = SharedRuntime::get_poll_stub(pc);
      } else if (sig == SIGBUS) {
        // BugId 4454115: A read from a MappedByteBuffer can fault
        // here if the underlying file has been truncated.
        // Do not crash the VM in such a case.
        CodeBlob* cb = CodeCache::find_blob_unsafe(pc);
        CompiledMethod* nm = (cb != NULL) ? cb->as_compiled_method_or_null() : NULL;
        if ((nm != NULL && nm->has_unsafe_access()) || (thread->doing_unsafe_access() && UnsafeCopyMemory::contains_pc(pc))) {
          unsafe_access = true;
        }
      } else if (sig == SIGSEGV &&
                 MacroAssembler::uses_implicit_null_check(info->si_addr)) {
          // Determination of interpreter/vtable stub/compiled code null exception
          CodeBlob* cb = CodeCache::find_blob_unsafe(pc);
          if (cb != NULL) {
            stub = SharedRuntime::continuation_for_implicit_exception(thread, pc, SharedRuntime::IMPLICIT_NULL);
          }
      } else if (sig == SIGILL && *(int *)pc == NativeInstruction::zombie_illegal_instruction) {
        // Zombie
        stub = SharedRuntime::get_handle_wrong_method_stub();
      }
    } else if ((thread->thread_state() == _thread_in_vm ||
                thread->thread_state() == _thread_in_native) &&
               sig == SIGBUS && thread->doing_unsafe_access()) {
        unsafe_access = true;
    }

    // jni_fast_Get<Primitive>Field can trap at certain pc's if a GC kicks in
    // and the heap gets shrunk before the field access.
    if (sig == SIGSEGV || sig == SIGBUS) {
      address addr = JNI_FastGetField::find_slowcase_pc(pc);
      if (addr != (address)-1) {
        stub = addr;
      }
    }
  }

  if (unsafe_access && stub == NULL) {
    // it can be an unsafe access and we haven't found
    // any other suitable exception reason,
    // so assume it is an unsafe access.
    address next_pc = pc + Assembler::InstructionSize;
    if (UnsafeCopyMemory::contains_pc(pc)) {
      next_pc = UnsafeCopyMemory::page_error_continue_pc(pc);
    }
#ifdef __thumb__
    if (uc->uc_mcontext.arm_cpsr & PSR_T_BIT) {
      next_pc = (address)((intptr_t)next_pc | 0x1);
    }
#endif

    stub = SharedRuntime::handle_unsafe_access(thread, next_pc);
  }

  if (stub != NULL) {
#ifdef __thumb__
    if (uc->uc_mcontext.arm_cpsr & PSR_T_BIT) {
      intptr_t p = (intptr_t)pc | 0x1;
      pc = (address)p;

      // Clear Thumb mode bit if we're redirected into the ARM ISA based code
      if (((intptr_t)stub & 0x1) == 0) {
        uc->uc_mcontext.arm_cpsr &= ~PSR_T_BIT;
      }
    } else {
      // No Thumb2 compiled stubs are triggered from ARM ISA compiled JIT'd code today.
      // The support needs to be added if that changes
      assert((((intptr_t)stub & 0x1) == 0), "can't return to Thumb code");
    }
#endif

    // save all thread context in case we need to restore it
    if (thread != NULL) thread->set_saved_exception_pc(pc);

    os::Posix::ucontext_set_pc(uc, stub);
    return true;
  }

  return false;
}

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