第08章：异常控制流

操作系统：唯一的使命就是帮助程序运行

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第08章：异常控制流

操作系统：唯一的使命就是帮助程序运行

导读

提示：本章题目是 “异常控制流 = Exceptional Control Flow”，实际内容是进程，系统调用，异常，信号等，它们与操作系统（以及系统编程）之间都有着密切的联系，后续的几个章节，例如虚拟内存，系统I/O，网络编程等也都与操作系统（以及系统编程）有着密不可分的联系，这就意味着你在学习本章的时候应该顺带着学习操作系统（以及系统编程）相关的术语和基础知识，能够从高层角度理解一些重要概念：Process Management/Scheduling，Memory Management，File System，Interrupts，Device drivers，Networking，IPC ... 推荐学习Linux操作系统。

根据业务需求有不同的 pattern 或 trade-off，以Linux为例，我们设计调度器的时候要考虑以下这些问题：

操作系统（内核）分类：Monolithic kernel (宏) vs. Micro kernel (微) vs. Hybrid kernel (混)

学习方式

操作系统的书籍：附录中可以直接下载电子书，如果是自学的话，建议从下图中的第二本书开始学，全名Operating Systems: Three Easy Pieces，简称OSTEP，它是威斯康星大学的研究生教材，分成虚拟化、并发性、持久化，三方面来讲，其实写的很入门，完全能当本科教材或者自学，每一个主题都是从历史沿革来讲，最初什么方法，如何实现的（真的是实际实现），解决了什么问题，有什么缺点，针对这些缺点人们提出了哪些方法来改进。

世界一流大学的线上课程（尽量选择最新的）也可以拿来参考学习（参见“延伸阅读”部分）

重点解读

程序 vs 进程

用户空间 vs 内核空间

这里给大家举一个例子，假设你的程序会调用getpid()这个系统调用（其中会陷入中断/异常）：

库函数 vs 系统调用

实际上在Linux中fork()是一个封装了底层clone()系统调用的库函数（man 2 fork），你可以使用ltrace来追踪库函数调用，使用strace命令来追踪系统调用，起码你需要对用户模式和内核模式也要有基本的概念。

// 你最熟悉的程序
#include <stdio.h>
int main(void) {
    printf("hello, world!\n");
    return 0;
}

// 用gcc编译之后，通过ltrace来追踪库函数调用，strace来追踪系统调用

// 稍微改写一下，让我们更加接近底层一些：man syscall
#define _GNU_SOURCE
#include <unistd.h>
#include <sys/syscall.h>
int main() {
    return syscall(__NR_write, 1, "Hello, world!\n", 14);
}

// 真正的系统调用是sys_xxxx（通过ltrace -S可以看到）

// 感兴趣的同学可以参考Linux内核源码
// https://github.com/torvalds/linux/blob/master/arch/x86/entry/syscall_64.c
// https://github.com/torvalds/linux/blob/master/arch/x86/entry/syscalls/syscall_64.tbl