异常控制流-优快云博客

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异常是什么

异常就是控制流中的突变（也就是正常的程序指令流被打乱了），但是请记住，异常不代表一定就有问题

异常有多种形式，由软件和硬件共同实现

中断是异步的！比如键盘不知道什么时候会输入，网卡不知道什么时候数据会到达
陷阱，比如应用程序的read指令，称为陷阱是因为是让用户主动触发的。在应用程序上看着实际上和普通函数没有什么不同，但是系统调用在内核中执行，并调用的内核栈。系统调用其实就是一种内核服务，应用想要访问内核服务，就要通过这种方式
故障，是一种意料之外的异常，但是并不意味不可修复，如缺页
终止，一些致命的错误，比如除0

它和过程调用很类似，因为也是一种指令的结构控制形式

当异常发生时，其实也是执行一些指令（当然这些指令已经是在其他位置的指令，指令流不是顺序的了），这些会破坏当前处理器的状态，比如寄存器的值，所以这些值需要被保存在某个地方，根据层级的不同，可能在内核栈上，可能在用户层的堆上等，当异常处理完毕后，恢复异常发生前的处理器状态。

但是有一些区别，异常的返回地址可能当前指令，也可能是下一条指令

异常控制流有很多的层次，以下按层次从低到高依次书写。但是要记住，异常控制流中，当控制流改变过后又回到源控制流的时，需要保证当前上下文的状态和之前一样（寄存器等），所以在切换之前需要把当时的上下文保存在某个地方（根据层级的不同，而不同，可能在内核栈上，也可能在堆上）

x86-64系统中定义的异常是 CPU 运行过程中 意外发生 的错误，通常由 硬件和软件错误 触发，会导致 CPU 进入异常处理程序。这些由CPU赋予异常号

这也是异常控制流能被支持的脊柱

异常号	描述	异常类别	详细解释
0	除法错误（Divide Error）	故障（Fault）	除数为 0 或结果溢出时触发，通常会导致 `SIGFPE` 信号
6	无效操作码（Invalid Opcode）	故障（Fault）	CPU 试图执行一个无效指令，如执行不支持的指令
13	一般保护错误（General Protection Fault）	故障（Fault）	访问受保护的内存地址，如访问内核地址或非法访问某些寄存器
14	缺页异常（Page Fault）	故障（Fault）	访问的内存页未映射，操作系统可能会加载该页，或者终止进程
18	机器检查（Machine Check）	终止（Abort）	硬件故障或严重的系统错误，例如 CPU 内部错误
32-255	操作系统定义的异常	中断或陷阱（Interrupt/Trap）	操作系统使用这些编号定义自己的异常处理，如系统调用
32	任务切换（Task Switch）	中断	可能用于任务切换或调度
33	调试陷阱（Debug Trap）	陷阱	进入调试模式，通常在 `gdb` 调试时触发
128	系统调用（Syscall）	陷阱	旧的 `int 0x80` 方式的系统调用

在系统启动时有一张异常表的跳转表被操作系统分配和初始化

通过异常表的跳转表，转移到一个专门设计用来处理这类事件的操作系统子程序

异常表其实是一张跳转表，跳转到异常处理程序，它是一块连续的内存块，数组，只需要基地址和异常号就能跳转到异常处理程序的入口上。

检测到异常的过程是当执行完当前指令后，会发现中断引脚的电压变高，然后从系统总线读取异常号。然后跳入异常处理程序中，

系统调用是基于syscall的异常号 128 ，的基础上实现的，这个系统调用又对应于一个单独的系统调用跳转表

系统调用是用户进程主动请求操作系统提供的服务，通常用于文件操作、进程管理、内存管理等。

系统调用的返回值为负，表明发生了错误，可以使用errno来进行查看

系统调用是 用户进程主动请求 操作系统提供的服务，通常用于 文件操作、进程管理、内存管理等。

系统调用会导致进程的上下文切换，陷入内核态

编号	名称	描述	详细解释
0	read	读取文件	从文件描述符读取数据到用户空间
1	write	写文件	将用户数据写入文件描述符
2	open	打开文件	以指定模式打开文件
3	close	关闭文件	关闭打开的文件描述符
4	stat	获取文件信息	读取文件的元数据（如大小、权限等）
9	mmap	将文件映射到内存	用于内存映射 I/O，允许进程访问文件内容
12	brk	调整堆内存大小	用于扩展或收缩进程的堆空间
32	dup2	复制文件描述符	复制一个文件描述符，通常用于重定向
33	pause	让进程挂起直到信号到达	进程挂起，直到接收到信号
37	alarm	设定定时器	让进程在 N 秒后接收 `SIGALRM` 信号
39	getpid	获取进程 ID	返回当前进程的 PID
57	fork	创建子进程	复制当前进程，创建新进程
59	execve	执行程序	运行一个新程序，替换当前进程映像
60	_exit	终止进程	立即终止当前进程
61	wait4	等待子进程结束	等待子进程终止，回收资源
62	kill	发送信号到进程	终止或控制另一个进程

在c语言中，read，write，print都是包装函数

本质上都是通过syscall进行包装的结果，

printf("hello, world!")
write(1, "hello, world!", 13); // 1 输出流  13 个字节

进程与进程之间的异常控制流主要是通过信号来进行实现的，，

信号的实现方式是：

struct task_struct {
    ...
    sigset_t blocked;         // 进程当前屏蔽的信号集（位向量）
    ...
};

每个进程的进程信息中都有一个位向量集合，每一位代表一个信号是否被接收到。当这个信号被多次触发，而进程还在处理上个信号的时候，多次触发会被丢弃（因为位只有0 和 1 的区别，无法计数）。

信号是一种异步通知机制，这就好像内核无法知道你什么时候敲键盘一样。

基于以上俩个原则，不可以使用信号处理函数来处理计数操作，同时信号处理函数共享与进程一样的数据，可以理解为并发访问，要么就加锁，要么就不要有临界区。或者说这个信号处理函数是可重入的（不要有临界资源）

当然在执行信号处理函数的时候，进程的控制流已经被打乱了，在执行之前需要保存上下文，当信号处理函数return的时候，返回到上次应该执行的那条指令下。

系统调用是可以被中断的，像read、write、accept这种，慢速系统调用被中断时，在信号处理程序返回时，将不再继续，而是返回一个errno： EINTR

正因为系统调用是可以被中断，返回值可能是错误的，比如不可重入的系统调用localtime，如果被中断，那么它的值将是NULL，如果不处理错误，应用层就会挂掉了。

应用层的异常控制流是通过非本地跳转来实现的

c语言，非本地跳转（nonlocal jump），setjmp 保存当前调用环境，longjmp 恢复环境

c++和java中的try catch 是 c语言这俩个函数的更结构化的版本

具体详细没有再了解过