异常控制流

异常：

异常是程序在运行过程中出现的突变，处理器状态的变化称为事件，事件可能和当前指令的执行直接相关，例如发生内存缺页，除零操作等等。

当处理器检测到事件发生时，会通过一张异常表运行相应的异常处理程序。

程序的返回情况有三种：
1、处理程序将控制返回给出错时运行的指令Icur

2、处理程序将控制返回给出错时的下一个指令Inext

3、处理程序终止被中断的程序

异常处理由软件和硬件两部分组成。

零除、缺页等错误有硬件分配异常号，系统调用和外部I/O信号由内核分配异常号。

异常处理程序运行在内核模式下，可以访问所有系统资源。但返回时，如果中断的是用户程序，就会回复为用户模式。

异常分为4类：

1、中断：来自I/O设备的信号，总是返回下一条指令，在用户看来没发生过一样

2、陷阱：故意的异常，为了中断当前程序进行其他服务例如read，fork等。

3、故障：潜在可恢复错误，视修复情况，可能会返回当前指令。

4、终止：不可恢复错误，不会返回，通常是一些不可恢复的硬件错误。

 

syscall是系统调用指令，一般在c里面做了封装，带上合适的参数之后封装在系统级函数中。

用户模式和内核模式：由模式位的状态决定。

用户模式：不允许执行特权指令，停止处理器、改变模式位、发起I/O操作等，也不允许直接引用内核区中的代码和数据，否则会引起保护故障。所以必须要通过系统调用借口来调用。

linux提供了proc文件系统，为用户模式进程提供访问内核数据结构内容的功能，可以通过这个文件系统找出一般的系统属性。

上下文切换：两个进程间切换任务，内核会保存上一个进程的状态，包括一系列寄存器和内核栈等等的信息。等待另一个任务结束后会根据之前保存的信息恢复新进程。

通常操作系统把虚拟地址空间划分为用户空间和内核空间，例如x86平台的Linux系统虚拟地址空间是0x00000000~0xffffffff，前3GB（0x00000000~0xbfffffff）是用户空间，后1GB（0xc0000000~0xffffffff）是内核空间。用户程序加载到用户空间，在用户模式下执行，不能访问内核中的数据，也不能跳转到内核代码中执行。这样可以保护内核，如果一个进程访问了非法地址，顶多这一个进程崩溃，而不会影响到内核和整个系统的稳定性。CPU在产生中断或异常时不仅会跳转到中断或异常服务程序，还会自动切换模式，从用户模式切换到特权模式，因此从中断或异常服务程序可以跳转到内核代码中执行。事实上，整个内核就是由各种中断和异常处理程序组成的。总结一下：在正常情况下处理器在用户模式执行用户程序，在中断或异常情况下处理器切换到特权模式执行内核程序，处理完中断或异常之后再返回用户模式继续执行用户程序。

段错误我们已经遇到过很多次了，它是这样产生的：

1. 用户程序要访问的一个VA，经MMU检查无权访问。

2. MMU产生一个异常，CPU从用户模式切换到特权模式，跳转到内核代码中执行异常服务程序。

3. 内核把这个异常解释为段错误，把引发异常的进程终止掉。