（二十二）异常和中断

一、异常的来源和应用

      程序运行并不总是正常的，总有一些异常情况出现，这些异常有的来自硬件，称为硬件异常，有些来自软件称为软件异常。异常的发生和捕捉由硬件完成，而异常的处理却是由软件来完成。计算机会为每一种可能发生的异常设定一个异常编码，也可以称之为中断向量。异常的发生通常是由于CPU检测到了一个异常信号，这些信号也可称之为事件，CPU检测到异常信号时也就可以获取到异常信号所对应的异常编码。

      有一些异常编码是定义在软件中的，如IO异常的就被定义在操作系统中，而加法溢出这种异常就被定义在CPU中。

      异常信号被检测到以后，CPU就需要处理这些异常，而在内存中的一块区域保存着一个异常表（Exception Table），也叫做中断向量表，CPU在处理异常时，就会先保存程序执行现场，就是把寄存器保存到程序栈中，然后在异常标中查找到异常编码对应的异常处理程序，然后开始执行异常处理程序。

二、异常的分类

      计算机执行中发生的异常一般可以分为以下几种：

      （一）中断：通常由外部输入产生，发生时程序执行暂停一会，处理完成后继续执行下一条指令。

      （二）陷进：由程序自身触发，发生时程序执行暂停一会，处理完成后继续执行下一条指令。程序断点调试、用户态切换内核态都属于它的应用

      （三）故障：执行过程中发生了加法溢出等异常，处理完成继续当前指令的执行。

      （四）中止：发生了程序无法处理的异常，只能退出程序执行。

      尽管中断、陷阱、故障三种异常的产生来源不尽相同，但是其处理流程都是：保存现场、异常代码查询、异常处理程序调用。

三、异常处理

         异常处理时，先保存当前程序执行的现场，然后在切换到执行异常处理代码，比起函数调用的先“将当前函数压栈，再切换执行被调用函数”更复杂，主要有以下区别：

• 异常处理除了本来的程序压栈工作外还需要将寄存器压栈
• 陷阱这样的异常，涉及用户态和内核态的切换，因此需要压入内核栈
• 故障这样的异常，处理程序执行完成之后，不是接着执行下一条指令，而是继续执行当前指令。

 综上，异常的处理过程不是像函数调用一样的压栈、弹栈，而是更像两个进程在共享CPU，因此需要保存现场，切换上下文。