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