异常控制流深入探索：信号与非本地跳转

"本章主要探讨了异常控制流在计算机系统中的重要方面，特别是关于信号和非本地跳转的概念，由哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院的吴锐教授讲解。异常控制流不仅存在于硬件和操作系统内核，也涉及进程上下文切换、硬件定时器、信号以及非本地跳转等。教材《Computer Systems: A Programmer’s Perspective》第三版的作者Bryant和O’Hallaron提供了深入的理论基础。本章节将详细介绍Shell、信号以及非本地跳转，并且以Linux进程体系为例进行阐述。" 异常控制流是计算机系统中处理异常事件的一种机制，它允许程序在执行过程中被中断，然后按照特定的规则进行恢复或转向其他操作。在硬件层面，异常可能是由于硬件错误、中断或陷阱引起，例如除以零、页面错误等，操作系统内核会处理这些异常并恢复程序执行。而在进程层面，上下文切换是异常控制流的一个常见例子，当一个进程被调度器暂停，另一个进程获取CPU资源时，会发生上下文切换。 信号（Signals）是Unix和类Unix系统（如Linux）中的一种进程间通信方式，用于向进程发送通知或请求进程采取某些行动。信号可以由内核生成（例如，因为进程违反了内存访问规则），也可以由其他进程发送。进程可以注册信号处理函数来响应接收到的信号，或者选择忽略或默认处理。常见的信号包括SIGINT（用于处理用户中断，如Ctrl+C）、SIGTERM（请求优雅地终止进程）和SIGKILL（强制立即终止进程）。 非本地跳转（Non-local Jumps）是指程序中的跳转指令可以跨越函数调用边界，到达调用栈中的其他位置。这在多层递归或复杂控制流结构中尤为有用。在C语言中，setjmp()和longjmp()函数组合提供了非本地跳转的能力。setjmp()用于保存当前环境，而longjmp()则可以恢复到之前保存的环境并继续执行，从而实现跨函数的控制流转移。 在Linux进程体系中，登录Shell是用户交互的入口，它可以创建子进程来执行命令。子进程可以进一步创建孙子进程，形成多级的进程树结构。每个进程都有自己的进程ID（PID）和父进程ID（PPID），它们通过信号和其他机制进行通信和协调。 总结来说，本章内容涵盖了信号处理和非本地跳转在操作系统中的应用，这些概念对于理解和编写高效、健壮的程序至关重要。通过学习这些知识，程序员能够更好地应对异常情况，设计出能够优雅处理错误和中断的程序。