CMU 15213笔记 第八章

Exception（CSAPP-8.1）

• 在第三章中，我们已经知道程序执行中的两个控制流 —— 跳转和调用，但是这只是对于一个程序内部的控制，如果系统本身发生变化或者程序需要和系统交互，就需要新的控制方式

  • 系统交互举例：
    
    • 从硬盘读取数据
    • 用户按下Ctrl+c 终止程序
    • 产生除0错误
  • 新的方式——异常控制流
    
    • 用户代码通系统内核提供的接口将异常号传递给内核，内核通过内置的异常表决定采取的行动
      

• 异常分类

  • 异步异常（中断）
    
    • 计数器中断
      
      • 某一进程运行足够时间后，内核通过计数器中断拿回控制权
    • I/O中断
      
      • 从硬盘读取出数据后
      • 键入Ctrl+ C
      • 网路中的一个包接受完毕
  • 同步异常
    
    • Trap
      
      • 故意的异常
      • 返回到下一条指令
      • 作用：在用户程序和内核中提供接口
        
        • 当用户程序需要向内核请求服务时，例如读取文件，加载一个新的程序，转到内核程序
        • 用户模式的行为是被限制的，不可以访问一些内存和执行一些命令，所以要转移到内核模式
    • Fault
      
      • 可以恢复的错误
      • 返回到当前指令
      • 举例：缺页故障
        
        • 内存中没有需要的数据，需要从硬盘中读取
    • abort
      
      • 不可恢复的错误
        
        • 举例：
          
          • 非法指令
          • exit

Process(CSAPP-8.2)

• 两个关键的抽象
  
  • 逻辑控制流
    
    • 通过上下文切换让每个程序好像单独占用处理器
    • 上下文切换保存的状态举例
      
      • 存放在内存中的程序代码和数据
      • 栈和寄存器
      • PC
      • 环境变量
        

• 私有地址空间
  
  • 通过虚拟内存让每个程序感觉在单独占用内存
    
    • 每个虚拟地址空间都有相同的通用结构
      

进程控制(CSAPP-8.3,4)

• fork
  
  • 创建一个子进程，除了返回的PID（进程ID）不同，其余全部相同
    
    • 两者互不影响，并发执行
    • fork返回两次，一次返回到父进程，一次返回到子进程
      
      • 父进程中返回子进程的PID（不为0）
      • 子进程返回0
        
        • 通过这个来判断父子进程
• waitpid
  
  • 回收子进程
    
    • 当子进程结束时，保持终止状态知道父进程回收，此时子进程任然占据内存
      
  • 第一个参数大于零，则等待ID为第一个参数的子进程结束
    
    • 若为-1，这等待任意进程结束
  • 如果没有子进程，则返回-1
• execve
  
  • 在当前进程中加载一个新的程序，覆盖当前进程的地址空间，但没有创建一个新的进程
    

Signal(CSAPP-8.5)

• 当子进程完成后，会发送一个信号给父进程让他来回收自己
  
  • 内核对不同的信号有唯一的编码
  • 信号传递的整个过程分两个部分
    
    • 第一个部分为信号发送，由内核发送给进程
      
      • 当一个进程正在使用信号处理程序处理某一类型的型号时，同种信号不会被接受，直接被丢弃
      • 实际上第二个同种信号不会被丢弃，它被记录到pending组中，而之后的同种信号会被丢弃
        
        • 原因是pending组实际上是在接收到某一信号后，将对应的位设置为一，所以当存在pending时，我们只能确认有多的信号，而不能确认有几个
    • 上面说的pending是系统默认的一种信号block形式，当然我们可以显式block各种信号
    • 当进程处理完一个信号处理程序后，会查看pending组中待处理的信号，从最小的信号开始处理，知道没有待处理信号，然后会执行下一条程序
• 安全的信号处理程序
  
  • 阻塞所有的信号
    
    • 处理程序和主程序共享全局变量
  • 用volatile声明全局变量
• 竞争
  
  • 不能确定子进程和父进程谁先执行导致了竞争的出现
  • 难以稳定浮现错误
  • 具体见CSAPP第8.5.6节例子
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非本地跳转(CSAPP-8.6)

• 本地跳转指goto操作
  
  • 但是goto无法跳转到别的函数
  • 通过setjmp和longjmp可以直接从一个函数跳转到另一个函数，不用通过调用-返回操作
  • 但是这样可能会产生内存泄漏
• setjmp记录当前的调用环境
• longjump恢复调用函数
  
  • 这样可以从一个深层嵌套的函数中直接跳转到一个错误处理程序