信息安全系统设计基础第十周学习总结

第八章异常控制流

第一节 异常

异常就是控制流的突变，用来响应处理器状态中的某些变化。状态变化称为事件。在任何情况下，当处理器检测到有事件时，通过一张叫做异常表的跳转表，进行一个间接地过程调用，到一个专门设计用来处理这类时间的操作系统子程序

l  异常的类别：异常可以分为4类：中断（interrupt）、陷阱（trap）、故障（fault）和终止（abort）。

中断是异步发生的，是来自处理器外部的I/O设备的信号的结果。

陷阱是有意的异常，是执行一条指令的结果。陷阱的最重要用途是执行系统调用。

故障是错误引起的，它可能被故障处理程序修正。一个经典的故障实例是缺页异常

终止是不可恢复的致命错误的结果，通常是一些硬件错误。

l  Linux/IA32系统中的异常

n  Linux/IA32故障和终止

除法错误（异常0） Linux外壳通常会把除法错误报告为“浮点异常”（Floating exception）。

一般保护故障（异常13） 许多原因会导致不为人知的一般保护故障，通常是因为一个程序引用了一个未定义的虚拟存储器区域，或者是因为试图写一个只读的文本段。Linux不会试图恢复这类故障。Linux外壳通常将此报告为“段错误”（Segmentation fault）。

缺页（异常14） 会重新执行产生故障的指令的一个异常实例。

机器检查（异常18） 在导致故障的指令执行中检测到致命的硬件错误时发生的。机器检查处理程序从不返回控制给应用程序。

n  Linux/IA32系统调用

 每个Linux系统调用，都有一个唯一的整数号，对应一个到内核中跳转表的偏移量。

 历史上，系统调用通过异常128(0x80)提供的。

 C程序可以直接用syscall函数直接调用任何系统调用，然而，实际中机会没必要这么没做。对于大多数系统调用，标准C库提供了一组方便的包装函数。这些包装函数将参数打包到一起，以合适的系统调用号陷入内核，然后将系统调用的返回状态传递回调用程序。

 所有的到Linux系统调用的参数都是通过寄存器而不是栈传递的。

 

 注意：异常作为通用的术语，在必要时才区别异步异常（中断）和同步异常（陷阱、故障和终止）。

 

 

第二节：进程

l  进程的经典定义就是一个执行中的程序的实例。

l  进程提供给应用程序的关键抽象：一个独立的逻辑控制流，它提供一个假象，好像我们的程序独占地使用处理器。一个私有的地址空间，它提供一个假象，好像我们的程序独占地使用存储器系统。

l  一个逻辑流的执行在时间上与另一个流重叠，称为并发流（concurrent flow），这两个流称之为并发地执行。多个流并发地执行的一般现象称为并发（concurrency）。注意，并发的思想与流运行的处理器核数或者计算机数无关。如果两个流在时间上重叠，那它们就是并发的。如果两个流并发地运行在不同的处理器核或者计算机上，那么我们称它们为并行流（parallel flow）。

l  Linux提供了一种聪明的机制，叫做/proc文件系统，它允许用户模式进程访问内核数据结构。2.6版本的Linux内核引入/sys文件系统，它输出关于系统总线和设备的额外的底层信息。

 

第三节：系统调用错误处理

当Unix系统级函数遇到错误时，它们典型地返回-1，并设置全局整数变量errno来表示什么出错了。

strerror函数返回一个文本串，描述了某个error值相关联的错误。

 

第四节：进程控制

l  每个进程都有一个唯一的正数进程ID（PID）。新创建的子进程几乎但不完全与父进程相同。子进程得到与父进程用户级虚拟地址空间相同的（但是独立的）一份拷贝。子进程还继承了父进程所有的打开文件。父进程和新创建的子进程之间最大的区别是他们有不同的PID。

l  在栈的顶部是main函数的三个参数：1）envp，它指向envp[]数组；2）argv，它指向argv[]数组；3）argc，它给出argv[]中非空指针的数量。

 

 

第五节：信号

对于只捕获一个信号并终止的程序来说，信号处理是简单直接的。然而当一个程序要捕获多个信号时，一些细微的问题就产生了。

待处理信号不会排队等待。任意类型至多只有一个待处理信号。如果有两个类型为k的信号传送到一个目的进程，而目的进程当前正在执行信号k的处理程序，所以信号k是阻塞的，那么第二个信号就被简单地丢弃，它不会排队等待。

系统调用可以被中断。像read、write和accept这样的系统调用，潜在地会阻塞进程一段较长的时间，称为慢速系统调用。在某些系统中，当处理程序捕获到一个信号时，被中断的慢速系统调用在信号处理程序返回时不再继续，而是立即返回给用户一个错误条件，并将errno设置为EINTR。

 

第六节：非本地跳转

 C语言提供了一种用户级的异常控制流形式，称为非本地跳转（nonlocal jump），它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，而不需要正常的调用-返回序列。非本地跳转通过setjmp和longjmp函数来提供的。

 

 

第七节：操作进程的工具

 Linux系统提供了大量的监控和操作进程的有用工具。

STRACE：打印一个正在运行程序和它的子进程调用的每个系统调用的轨迹。

PMAP：显示进程的存储器映射。