异常控制流

控制流

在计算机运行的过程中，处理器做一件事，取指令执行，取指令执行……

但是在实际运行过程中，我们总需要改变程序的控制流来实现不同的功能，我们已经介绍了两种：

• jump指令
• call和ret指令

我们把这两种改变都称为程序状态的改变。但是在实际中，我们需要对系统状态也做出反应，比如网络端口收到了数据包，键盘有了输入，计算机执行了错误的指令。为了解决这个问题，异常控制流就出现了。

异常控制流

异常控制流几乎存在于计算机的所有抽象层次上

低级机制：

• 对系统事件的响应：通过硬件和操作系统结合来实现

高级机制：

• 进程上下文的切换：通过操作系统和硬件计时器实现
• 信号：操作系统实现
• 非逻辑跳转：setjump和longjump，C语言运行时库实现。

异常

异常就是将控制流传送给操作系统内核来处理一系列的事件。操作系统内核是常驻于内存中的程序，事件可能是除数为0，算数指令溢出，I/O请求完成，键盘输入。

由于系统中出现的异常可能是多种多样的，处理这些异常也就需要多段代码。为了根据异常找到指定的处理程序，我们就需要一张类。似于switch跳转表的异常表。每一种类型的错误都有一种独特的编号k，这就是跳转表中的索引编号，这个k有时也被称作终端向量。

异常有着分类。

异步异常

在CPU的中断引脚上引发的异常，在处理完之后，控制流“原路”返回。

例如：

• 计时器中断
• 外围I/O设备引发的终端

同步异常

通过执行一个指令而引发的异常。

• 陷阱(Traps)：
  • 内部引发的异常
  • 例如：系统调用，断点，特殊指令
  • 控制原路返回
• 错误(faults)：
  • 不是内部引发但是多半是可恢复的
  • 例如：页错误，保护错误，空指针错误
  • 要么重新执行以尝试修正或者终止运行
• 终止(abort)：
  • 非内部引发且不可恢复
  • 例如：非法指令，
  • 终止当前程序

系统调用

对于一个x86-64的系统来说，每一种系统调用都有一个特定的编号：

我们描述一种系统调用的例子——打开文件：

现有如下的汇编代码，实现打开文件的操作：open(filename, options)

00000000000e5d70<_open>:
...
e5d79:   b8 02 00 00 00     mov  $0x2,%eax # open is syscall #2
e5d7e:   0f 05                     syscall# Return value in %rax
e5d80:   48 3d 01 f0 ff ff   cmp  $0xfffffffffffff001,%rax

在这段代码中就使用了syscall这个玩意儿。

• %rax寄存器中存储着系统调用的编号
• %rdi, %rsi等寄存器存储着参数
• %rax存储返回值，负返回值往往意味着异常

我们不难发现，系统调用和函数调用几乎是一致的，都有着控制的改变，使用相同的寄存器来存储参数和返回值。不过和一般的函数调用还是有着以下几个区别：

• 系统调用是由系统内核执行的，代码执行的特权是不相同的
• 系统的编号，我们不妨认为就是函数的地址，储存在%rax中