深入理解计算机之异常

处理器控制流.PNG

异常

异常是异常控制流的一种形式,部分有硬件实现,部分由操作系统实现,是控制流的一种突变,用以响应处理器某些状态变化。

异常.PNG

异常处理.PNG

异常表:

异常表.PNG

异常的类别:

异常的类别.PNG

中断:

中断.PNG

陷阱和系统调用:
陷阱是一种有意的异常,是执行一条指令的结果。陷阱的一个最重要的作用就是实现系统调用。处理器提供了一个特殊的syscall n指令,当应用程序执行syscall指令时,会导致一个跳转到异常处理程序的陷阱,这个程序会解析该指令的参数,然后跳转到对应的系统调用。

系统调用.PNG

故障和终止:

故障和终止.PNG

x86-64异常

x86-64系列有多大256种异常,其中0~31号为Intel架构师定义的异常,剩余未操作系统定义的中断和异常。


x86-64异常.PNG

Linux/x86-64故障和终止:

Linux-x86-64故障和终止.PNG

Linux/x86-64系统调用:

Linux系统调用.PNG

Linux常用系统调用.PNG

进程

进程.PNG

逻辑控制流:

逻辑控制流.PNG
注意区别这里的逻辑控制流和前面讲的控制流之间的异同。
并发流:
并发流.PNG

私有地址空间:

进程地址空间.PNG

用户模式和内核模式:

内核模式.PNG

上下文切换:

进程上下文切换.PNG

进程切换举例:

进程A和B切换.PNG

需要注意的是,上图在进行第一次上下文切换之前,内核代表进程A工作在用户模式,换句话说,操作系统里没有额外的独立内核进程。同时,上下文切换工作在内核模式,如上图的第一次上下文切换,内核先工作在进程A的内核模式,然后进入进程B的内核模式。

系统调用的错误处理

系统调用的错误处理.PNG

进程控制

获取进程ID:

获取进程ID.PNG

创建和终止进程:

进程状态.PNG

终止进程.PNG
创建进程.PNG

回收子进程:

僵尸进程.PNG

waitpid函数.PNG

函数waitpid的等待集合由其参数pid决定,如果pid > 0,则等待节合就是一个单独的子进程,它的进程ID等于pid;如果pid = -1那么等待集合就是由父进程的所有子进程组成。我们还可以修改waitpid函数的默认行为:


waitpid的默认行为.PNG

检查已回收子进程的退出状态:


检查已回收子进程的退出状态.PNG
简化版waitpid函数.PNG

让进程休眠:

让进程休眠.PNG

加载并运行程序

execve函数.PNG
参数和环境变量组织结构.PNG
用户程序的栈结构.PNG
操作环境变量数组.PNG
程序和进程.PNG

信号

低层次的硬件异常是由内核异常处理程序处理的,正常情况下对用户是不可见的,而信号提供了一种机制,通知用户发生了这些异常。每种信号类型都对应某种系统事件,例如进程试图除零,或者进程执行了一个非法指令,或者有非法的内存引用,或者ctrl+c、kill命令等。

Linux信号.PNG

发送一个信号到目的进程由两个步骤组成:


发送信号.PNG
接收信号.PNG

待处理信号:

待处理信号.PNG

发送信号:

进程组.PNG

setpgid函数将进程pid的进程组改为pgid,如果pid是零,则改变本进程的进程组id;如果pgid是零,则将pid作为进程组id。

kill命令.PNG
从键盘发送信号.PNG
用kill函数发送信号.PNG
通过alarm函数给自己发送信号.PNG

接收信号:

接收信号.PNG

修改信号默认行为.PNG
信号捕获.PNG

信号阻塞与解除阻塞:

信号的阻塞.PNG

显示阻塞信号.PNG

编写信号处理函数:

编写信号处理函数的原则.PNG

编写安全的处理函数的原则.PNG

对于信号,有很重要的一点,如果存在一个待处理信号,则说明至少有一个信号已经到了。

可移植信号处理:

可移植的信号处理.PNG

信号处理函数其实很难写:


信号处理函数的难度.PNG

非本地跳转:


非本地跳转.PNG

C++中的异常.PNG
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