ECF

Exceptional Control Flow（异常控制流）

处理器检测到异常时，通过异常表调用异常处理程序进行处理。
可以通过

• 跳转和分支
• 调用和返回

改变控制流。但是当系统状态发生变化时，需要ECF进行处理。

• 硬件层：异常（图8-1）
  
  处理器状态发生变化（event）时，通过异常表调用相应的异常处理程序（运行在内核模式下）。
  
  • 中断：异步异常。由处理器外面发生的事件引起的，例如计时器中断和 I/O 中断。返回后执行下一条指令。
  • 陷阱：同步异常。向用户提供系统调用（用户程序和内核的接口）调用相应的内核程序。返回后执行下一条指令。
    在 x86-64 系统中，每个系统调用都有一个唯一的 ID。参数通过通用寄存器传递。使用syscall指令进行系统调用。
  • 故障：同步异常。程序发生错误时，处理器将控制交给故障处理程序。如果处理成功，重新执行该指令；否则终止该指令所在程序。
  • 终止：同步异常。由不可恢复的错误造成，直接退出当前的程序。

• 操作系统层：进程切换
  进程：

  • 逻辑控制流：
    上下文
    
    
    切换的内核机制让每个程序都感觉自己在独占处理器
    
    进程切换：内核通过调度器（代码）调度进程，进程轮流执行逻辑流的一部分
    
    并发：伪并行执行（例如进程A只在进程C执行的间隙执行，则称进程AC并发）
    并行：使用多个 CPU 同时执行

  • 私有地址空间：
    通过虚拟内存机制让每个程序都感觉自己在独占内存

  • 进程状态：
    运行：正在或者等待被执行
    停止：执行被挂起，在进一步通知前不会计划执行
    终止：进程被永久停止

  • 进程组：
    每个进程只属于1个进程组
    父子进程同属1个进程组

getpgrp() //返回当前进程所在进程组IDsetpgid(pid_t pid,pid_t pgid) //设置一个进程的进程组CP528

• 进程控制：
  1.（系统调用的）错误处理：使用错误处理包装函数简化代码

pid_t Fork(void)//包装函数{    pid_t pid;    //Unix的系统级函数遇到错误时会返回-1    if ( (pid = fork()) < 0 )        unix_error("Fork error");    return pid;}void unix_error(char *msg) //错误处理函数 {    fprintf(stderr, "%s: %s\n", msg, strerror(errno));    exit(0);}

2.获取进程信息：

• pid_t getpid(void) ：返回当前进程的 PID（进程ID）
• pid_t getppid(void) ： 返回当前进程的父进程的 PID

3.创建进程：
父进程通过fork函数（返回该进程的子进程PID，返回2次）调用子进程（父进程的副本）

在父进程中；在新创建的子进程中，fork函数返回0
子进程共享父进程打开的文件
父子进程是并发运行的独立进程（有独立的地址空间）
execve函数在当前进程中加载并运行1个新程序（程序运行在进程的上下文中）。注意新程序的PID不变，覆盖当前的地址空间，继承调用函数时已打开的文件。

4.子进程回收
当进程终止后，内核会中断常规执行并通过信号通知。只有被其父进程回收时，系统才会清除该进程。
如果父进程在回收子进程之前被终止，内核通过init进程回收

• 应用层：

  • 信号
    一种异步的通知机制，用来提醒进程一个事件已经发生。
    1.当内核检测到进程发生某种事件，内核将对应的信号发送给该进程：
    2.进程调用kill函数，显式要求内核发送信号给该进程。

  发送信号：内核更新目的进程上下文的某个状态

/* /bin/kill程序发送信号 */linux> /bin/kill -9 24818//发送信号9给进程24818linux> /bin/kill -9 24818//发送信号9给进程组24818的每个进程

/* kill函数发送信号 */int kill(pid_t pid,int sig);//CP530

键盘发送信号
Ctrl+C：内核终止前台作业
Ctrl+Z：内核挂起前台作业

接收信号：操作系统中断了进程正常的控制流程。
每个信号类型都有默认行为：

• 忽略这个信号
• 终止进程
• 捕获信号，执行信号处理器

进程可以通过signal函数修改默认行为。

//函数指针typedef void(*sighandler_t)(int);//设置信号处理函数sighandler_t *signal(int signum, handler_t *handler);

void sigint_handler(int sig) // SIGINT 处理器{    printf("不能通过ctrl+c关闭\n");    exit(0);}int main(){    // 接收到由于Ctrl+C发出的信号，调用sigint_handler作为信号处理函数    if (signal(SIGINT, sigint_handler) == SIG_ERR)        unix_error("signal error");    // 等待接收信号    pause();    return 0;}

阻塞信号：

• 隐式阻塞机制：当信号处理程序正在运行时，内核默认阻塞同一类型的信号
• 显式阻塞机制：使用 sigprocmask 函数以及其他辅助函数CP533

信号处理器也可以被其他的信号处理器中断。
等待状态：信号已被发送但是未被接收。同类型的信号至多只会有一个待处理信号。
信号处理器和主程序并行且共享相同的全局数据结构，尤其要注意因为并行访问可能导致的数据损坏的问题。基本的指南：

1. 规则 1
   信号处理器越简单越好
2. 规则 2
   信号处理器中只调用异步且信号安全(async-signal-safe)的函数
3. 规则 3
   在进入和退出的时候保存和恢复 errno
   这样信号处理器就不会覆盖原有的 errno 值
4. 规则 4
   临时阻塞所有的信号以保证对于共享数据结构的访问
   防止可能出现的数据损坏
5. 规则 5：
   用 volatile 关键字声明全局变量
   编译器就不会把它们保存在寄存器中，保证一致性

6. 规则 6
   用 volatile sig_atomic_t 来声明全局标识符(flag)
   这样可以防止出现访问异常

7. 非本地跳转：从一个函数跳转到另一个函数中
   本地跳转：在一个程序中通过 goto 语句进行流程跳转

//保存当前程序的堆栈上下文环境/*仅在调用 setjmp 的函数内有效，如果调用 setjmp 的函数返回则失效。*/int setjmp(jmp_buf env);/*恢复由 setjmp 保存的程序堆栈上下文，即程序从调用 setjmp 处重新开始执行*/int longjmp(jmp_buf env,int retval);

setjmp 函数被调用1次，返回2次。
1. 第1次调用setjmp 函数返回0；
2. 调用longjmp函数返回retval

允许从深层嵌套中避开调用栈直接返回。
（C++的try语句属于该函数更高级的版本，catch语句类似于setjmp 函数，throw语句类似于longjmp函数）