csapp_chapter8

2020-09-21

字数统计: 1.8k字 | 阅读时长≈ 6分

CSAPP 和 CMU Introduction to computer system (CS 15-213 2015 fall) 的笔记。

Exceptional control flow

处理器从启动到关闭，cpu都是简单的读和执行一个序列的指令。这个序列就是cpu的控制流。

需要异常控制流，解决一些系统状态的改变。发生在各个层次。

了解ECF的作用：

帮助理解系统概念。ECF是OS实现I/O，进程和虚拟内存的基本机制。
帮助理解如何与OS交互。
编写shell和web服务器程序。
理解并发。
理解软件异常如何工作。非本地跳转。
Exception

异常是控制的改变，用来应对一些时间（包括处理器状态的改变）。

异常处理，通过exception handler处理。

异常处理

异常的类型

interrupt：中断是异步发生的，由处理器的外部导致的，通常放回next的指令。
traps：有意的，是执行一条指令的结果。像system calls，break point。返回next。
faults：无意的，且可能被修复的。返回到引起故障的指令重新执行，或者返回到内核中的abort，终止应用程序。例如page fault（要写的地址在硬盘上，需要调出来）
aborts：无意的且不可修复的。例如非法指令。终止应用程序。

systems calls

linux每个系统调用都有一个唯一的整数号。

systems-call

processes

进程，一个执行程序中的实例，是计算机最深刻，最成功的概念之一。

进程给程序提供了两个关键的抽象：

一个独立的逻辑控制流：使得每个程序看起来独占cpu。通过context跳转实现。
私有的地址空间：使得每个程序看起来独占内存，通过虚拟内存实现。

context是程序正确运行的所需状态组成。包括程序的代码和数据，它的栈，寄存器内容，计数器等等。

context

单核多进程：每个进程有自己独立的PID。每个进程交替执行，地址空间由虚拟内存管理，不在执行的寄存器的值存储在内存。

多核多进程：共享内存，单独执行不同的进程，由kernel控制执行什么进程。

并发（concurrent）：两个进程叫做并发的如果他们之间的流在时间上重叠。
并行（parallel）：如果两个流并发的运行在不同处理器核或计算机上。
内核（kernel）：OS留在内存的一系列代码。

process control

系统级函数遇到错误时，通常会返回-1，而且设置全局整数变量errno来指示是什么错误。在写程序调用系统级函数的时候，记得检查错误。

进程分为三种状态：

running：在执行，或者等待执行而且会被调度。
stopped：被挂起（suspend)，且不会被调度直到未来收到信号。
terminated：永远的停止了。

三种情况会导致terminated：

收到信号，信号的默认行为是终止。
从主函数返回。
调用exit函数。

fork 函数，创造一个子进程。

返回0给子进程，PID给母进程
子进程与母进程几乎独立。
子进程与母进程并发执行。
相同但独立的地址空间
共享文件。

回收子进程。进程终止时，内核并不会立刻清除，进程会处于一种已终止状态。需要母进程回收（wait或者waitpid）。如果母进程不回收，则孤儿进程会被init回收。

Loading and Running Programs

1	int execve(char filename, char argv[], char *envp[])

在当前进程的上下文加载并运行一个新程序。

execve

开一个子进程调用

shells

shell是一个交互型应用程序，它代表用户运行其他程序。

下面是shell执行eval函数的例子：
shell

signals

信号就是一条告知进程系统里发生了一些事情的信息。

由内核发出到进程
由id整型id唯一识别信号类型

pending and Blocked

一个发出而没有接受的信号叫待定信号。任何时刻一种类至多只有一个待处理信号，若一个进程由一个类型为K的待处理信号，那么任何接下来发送到这个进程的类型为K的信号都不会排队，他们只是被简单的丢弃。

一个进程可以有选择性地阻塞接收某种信号。当一种信号被阻塞，它仍然可以发送，但是待处理地信号不会被接收，直到进程取消对这种信号的阻塞。

Sending Signals

每个进程属于一个进程组。
可以通过kill函数杀死进程。
ctrl-c终止进程，ctrl-z挂起进程。

Receiving Signals

检查进程p未被阻塞的待处理信号（pending & ~blocked），若这个集合为空，内核将控制传递到p的逻辑控制流中的下一条指令。若非空，选择一个k，强制接收k。

Safe Signal Handling

信号处理是编程中的棘手问题。

与主程序并发运行，共享同样的全局变量，可能互相干扰。
如何以及何时接受信号的规则常常有违直觉。
不同的系统有不同的信号处理。

nonlocal jumps

c语言中一种用户级异常控制流形式。将控制直接从一个函数转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。（setjmp和longjmp)

shlab

模拟一个shell。主要掌握几个函数的作用。

int fork（void）

创建一个子进程。返回两次，返回0给子进程，返回子进程pid给母进程。

pid_t pid	=	fork();	
if	(pid	==	0)	{	
			//	pid	is	0	so	we	can	detect	child	
			printf("hello	from	child\n");	
}	
else	{		
			//	pid	=	child’s	assigned	pid
			printf("hello	from	parent\n");	
}

int exec() or execve()

取代当前进程的状态的上下文，但会保留PID，打开的文件和信号。

提供了去执行另一个程序的方法。成功执行不返回。

void exit(int status)

通常是status=0，其他数字意味着错误。
终止当前进程。
变成僵尸态，进程等待回收。

int wait(int child_status)，pid_t waitpid(pid_t pid, int status, int options)

挂起当前进程，直到其中一个子进程终止。主要是因为父进程和子进程是并行的，不等待的话，执行顺序会随机。
返回子进程pid，pid>0，子进程被回收
若child_status != NULL，说明了子进程为什么终止
waitpid 用的更多。

int	status;	
pid_t child_pid	=	fork();	
if	(child_pid	==	0){	
			/*	only	child	comes	here	*/	
			printf(“Child!\n”);	
			exit(0);	
}	
else{	
			waitpid(child_pid,	&status,	0);	
			printf(“Parent!\n”);	
}

signal

int sigsuspend(const sigset_t *mask)

不可以使用两次wait，这时候可以使用sigsuspend
短暂的用给定的屏蔽字代替进程的信号屏蔽器。
挂起进程直到传出一个信号，涉及信号信号处理或者终止进程。
返回，如果信号被截取。然后信号屏蔽字会回到之前的。
使用sigaddset（），sigemptyset（），设置信号屏蔽字。

functions

本文作者： SFARL
本文链接： sfarl.github.io/2020/09/21/csapp-chapter8/
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