异常控制流(ECF)学习笔记

操作系统在正常工作时,会平滑地执行一个指令序列,但有时候不得不处理突如其来的一些事情,比如相应定时器中断,硬件中断,进程间的信号通信以及非本地跳转等都可以被称为异常控制流

1.1 异常

异常是控制流里的突变。程序A在执行过程中,如果发生异常,控制权将暂时交给异常处理程序B,等异常处理程序B执行完成后,可能会有3种情况:

  • 将控制权返还给程序A,再次执行发生异常时正在执行的指令I_{cur}
  • 将控制权返还给程序A,执行下一条指令I_{next}
  • 异常处理程序终止程序A

1.2 异常处理

  • 异常表是操作系统分配和初始化的一个跳转表,作用是根据不同的异常号跳转到不同的异常处理程序
  • 异常处理程序运行在内核模式下,对所有的系统资源都有访问权限

1.3 异常的类别

  • 中断:异步发生,是来自处理器外部的I/O设备的信号触发的,返回后执行下一条指令
  • 陷阱:同步发生,系统调用出发,从用户态陷入内核态进行处理,返回后执行下一条指令
  • 故障:同步发生,由错误引起,可能会被故障处理程序修正,再次执行原来的指令;也有可能无法修正,故障处理程序将控制交给内核的abort例程,终止原来的程序;经典的故障就是“缺页”异常
  • 终止:同步发生,是不可恢复的致命错误导致的,通常是一些硬件错误,如DRAM或SRAM被损坏,终止处理程序直接将控制交给内核的abort例程,然后终止原来的程序。

1.4 x86-64系统中的异常

x86-64系统有256种不同的异常,异常号0-31对应的是Intel架构师定义的异常,所有x86-64系统都一样,异常号32-255对应操作系统定义的中断和陷阱。

典型的故障

  1. ** 除法错误 **,也称为浮点异常,当程序试图除以0就会发生该错误
  2. ** 一般性保护故障 ** ,也称为段错误,一般是因为引用了未定义的内存地址,或试图写一个只读的文本段;
  3. 缺页,发生该错误时,说明虚拟地址没有在页表命中对应的PTE,根据页表去磁盘中读对应的页,并加载到物理内存中,然后用页表建立虚拟内存和物理内存之间的映射关系。
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