1.异常

异常位于硬件和OS的交界部分
系统调用是为应用程序提供到OS的入口点的异常
进程和信号位于应用和OS的交界部分
非本地跳转是ECF的应用层形式

1.1 异常表

异常是控制流中的突变，用来响应处理器状态的某些变化
状态变化称为事件
系统中可能的每种类型的异常都分配了一个唯一的非负整数的异常号
系统启动时，OS分配和初始化一张称为异常表的跳转表，使得表目k包含异常k的处理程序的地址
异常表的起始地址放在异常表基址寄存器

1.2 异常的分类

中断

陷阱和系统调用
普通的函数运行在用户模式，系统调用运行在内核模式
内核：操作系统常驻内存的部分

故障
比如 缺页异常，指令引用一个虚拟地址，而与该地址对应的物理页面不在内存中

终止
通常是硬件错误，终止处理程序从不将控制返回给应用程序

示例

一般保护故障：引用一个未定义的虚拟内存区域，或试图写一个只读的文本段

2.进程

关键抽象：
一个独立的逻辑控制流，提供一个假象，好像程序独占地使用处理器
一个私有的地址空间，提供一个假象，好像程序独占地使用内存系统

逻辑控制流：PC值的序列
进程轮流使用寄存器

并发流：一个逻辑流的执在时间上和另一个流重叠
一个进程和其他进程轮流运行，称为多任务，也称为时间分片
并行流：两个流并发地运行在不同的处理器核或计算机上
并行流是并发流的真子集

处理器用某个控制寄存器的一个模式位，当设置了模式位，进程就运行在内核模式
进程从用户模式到内存模式的唯一方法是诸如中断、故障、陷入系统调用这样的异常
Linux的/proc文件系统，允许用户模式访问内核数据结构的内容

3.上下文切换

OS内核使用上下文切换这种异常控制流，实现多任务
上下文：内核重新启动一个被抢占的进程所需要的状态
调度：抢占当前进程，并重新开始一个先前被抢占了的进程
上下文切换：保存当前进程的上下文、恢复某个先前被抢占的进程保存的上下文、将控制传递给这个新恢复的进程
若系统调用因为等待某个事件发生而阻塞，内核可以让当前进程休眠

4.进程控制

每个进程都有一个唯一的正数进程ID(PID)
getpid返回调用进程的PID、getppid返回父进程的PID

进程的三种状态：
运行
停止：被挂起且不会被调度
终止：收到终止进程信号、从主程序返回、调用exit函数

父进程通过调用fork函数创建一个新的运行的子进程
父进程中，fork返回子进程的PID；子进程中，返回0。可以分辨程序在哪个进程中执行
fork调用一次，返回两次
父子进程是并发运行的独立进程
两个进程的地址空间相同但独立
两个进程共享文件

回收子进程：
进程被保持在已终止的状态（僵死状态），直到被父进程回收
内核将子进程的退出状态传递给父进程，然后抛弃已终止的进程

如果一个父进程终止，内核会安排init进程(PID=1)成为它的孤儿进程的养父进程
init进程不会终止，是所有进程的祖先

pid_t waitpid(piid_t pid, int *statusp, int opinions);
等待子进程终止或停止
若没有子进程，则返回-1，设置errno为ECHILD
若被信号中断，则返回-1，设置errno为EINTR
wait(&status)等价于waitpid(-1,&status,0)

int execve(const char *filename, const char *argv[], const char *envp[]);
在当前进程的上下文加载并运行一个新程序，覆盖当前进程的地址空间，但没有创建新进程，PID不变
只有当出现错误时，如找不到filename，才会返回到调用程序

进程是执行中程序的一个具体的实例，程序总是运行在每个进程的上下文中

5.信号

发送信号的原因：
内核检测到一个系统事件，比如除零错误、子进程终止
一个进程调用了KILL函数

每个进程都只属于一个进程组
默认一个子进程和它的父进程属于同一个进程组

调用信号处理程序称为捕获信号，执行信号处理程序称为处理信号

安全的信号处理：
使得处理程序尽可能简单，调用安全函数，保存和恢复errno，保护对共享数据结构的访问，使用volatile和sig_atomic_t(原子的、不可中断的)
volatile告诉编译器不要缓存这个变量，强迫编译器每次在代码中引用这个变量时，都要从内存读取值

信号不会排队，若已有一个待处理信号，后续会被简单丢弃

6.非本地跳转

用户级异常控制流形式，将控制直接从一个函数转移到另一个当前正在执行的函数，而不需要经过正常的调用-返回序列

int setjmp(jmp_buf env);
int sigsetjmp(sigjmp_buf env, int savesigs);
setjmp函数在env缓冲区保存当前调用环境(PC。栈指针、通用目的寄存器)，返回0
返回的值不能被赋值给变量，但可以用于switch或条件语句测试
sigsetjmp触发最近一次初始化env的setjmp返回retval