csapp：第八章 异常控制流ECF

第八章 异常控制流ECF

8.1 异常 Exception

graph LR
E[异常Exception]-->E2[中断:异步异常]
E-->E3[同步异常]
E3-->陷阱
E3-->故障
E3-->中止

异常是异常控制流的一种形式，他一部分由硬件实现，一部分由操作系统实现。

在任何情况下，当处理器检测到有事情发生时，他就会通过一张叫做异常表（exception table）的跳转表，进行一个简介过程调用（异常），到一个专门用来处理这类事件操作系统子程序（异常处理程序 exception handler）。当异常处理程序完成以后，根据引起异常的事件的类型，会发生以下3种情况的一种：

1. 处理程序将控制返回给当前指令I_curr，既当事情发生时正在执行的指令。
2. 处理程序将控制返给I_next，如果没有发生异常将会执行的下一条指令。
3. 处理器中止被中断的程序。

异常的类别：

类别	原因	异步/同步	返回行为
中断	来自I/O设备的信号	异步	总是返回到下一条指令
陷阱	有意的异常，例如系统调用（syscall）	同步	总是返回到下一条指令
故障	无意可恢复的错误，如页缺失	同步	有可能返回到当前指令
中止	无意不可恢复的错误	同步	不会返回

在故障异常处理中，例如页缺失。系统向内存请求一块内存页，当此页不再内存中时，会触发页缺失异常，此时调用处理页缺失异常的程序，向从磁盘中把缺失的页存入到内存中。若成功，则返回到当前指令，既重新请求内存页，此时不再触发页内存；若失败，则放弃请求该内存页，不返回当前指令。

8.2 进程 Process

异常是允许操作系统提供进程概念的基本构造块，进程是计算机科学中最深刻，成功的概念之一。

进程的经典定义就是一个执行种程序的实例。系统中的每个程序都运行在某个进程的上下文（context）之中。

进程提供给应用程序的关键抽象：

• 一个独立的逻辑控制流，它提供一个假象，好像我们的程序独占地使用处理器。
• 一个私有的内存空间，它提供一个假象，好像我饿们的程序独占地使用内存系统。

内核利用异常来支持进程上下文切换的异常控制流形式。

8.4 进程控制

获取进程ID

#include <sys/types.h>
#include <unisted.h>

pid_t getpid(void);
pid_t getppod(void);

创建进程 fork函数，调用一次，返回两次，在父进程中返回生成的子进程的pid，在子进程中返回0；

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
    pid_t pid;
    int x = 1;

    pid = fork();
    if(pid == 0){
        printf("child : x = %d\n", ++x);//child process
        exit(0);
    }

    printf("parent : x = %d\n", --x);//parent process
    return 0;
}

运行结果：

$ ./fork
parent : x = 0
child : x = 2

回收子进程

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

pid_t waitpid(pid_t pid, int *statusp, int options);
//如果成功，则返回子进程的pid，如果WNOHANG，则为0，如果其他错误，则为-1.

加载并运行程序

#include <unistd.h>

int execve(const *filename, const char *argv[], const char *envp[]);
//如果成功则不返回，若错误，则返回-1;

8.5 信号

一种更高层的软件形式的异常，成为Linux信号，它允许内核和进程中断其他进程。