linux下发生异常，芯片会自动产生一个异常中断。在这异常中断处理程序中会判断异常来自用户程序或者内核，如果是发生在用户程序，那么会产生一个异常信号，再根据异常信号的回调函数通知用户程序发生异常。如果发生在内核里面，那么就会搜索内核模块的异常结构表，找到相应的处理调用地址，修改异常中断的返回地址为异常处理的地址，中断返回的时候程序就跳到异常处理程序处理执行了。但具体这两种处理方法都很糟糕，下面简要分析一下。
linux系统把所有进程数据结构都放于内核，这就增加了一些不必要的切换时间。 linux可以通过系统调用，安装信号的回调函数，这回调函数指针存放在内核的进程数据结构里面。这点windows处理得比较好，windows把进程数据结构分成了两部分，一部分敏感数据放于内核的进程数据结构里面，加以保护，另一部分不敏感数据就放于用户空间，这样当访问那些不加保护的数据时，就不用切换到内核，节约了时间。像windows下异常处理，也是一种回调函数，但因为结构放于用户空间，安装的时候就很方便，也节约切换时间。
上面那一点只是效率问题，但linux内核的异常处理那才是糟糕。先介绍一下linux内核的异常处理结构吧，看明白了你自然就知道糟糕到什么程度了。要了解这，显然应该是先从异常中断入手。下面主要是x86芯片的一些处理，但别的芯片下的也应该差不多。
文件：entry.S:
ENTRY(general_protection)
pushl $ SYMBOL_NAME(do_general_protection)
jmp error_code |
这是异常中断入口，显然会执行do_general_protection。文件traps.c:
asmlinkage void do_general_protection(struct pt_regs * regs, long error_code)
{
if (regs->eflags & VM_MASK)
goto gp_in_vm86;
/*
虚拟8086下发生的异常否
*/
if (!(regs->xcs & 3))
goto gp_in_kernel;
/*
内核发生的异常否
*/
current->tss.error_code = error_code;
current->tss.trap_no = 13;
force_sig(SIGSEGV, current);
/*
用户程序发生的异常，产生异常信号，
根据异常信号的句柄回调处理函数
*/
return;
gp_in_vm86:
lock_kernel();
handle_vm86_fault((struct kernel_vm86_regs *) regs, error_code);
/*
虚拟8086的处理
*/
unlock_kernel();
return;
gp_in_kernel:
{
unsigned long fixup;
fixup = search_exception_table(regs->eip);
/*
根据异常时的eip搜索异常结构链
找到处理程序地址
*/
if (fixup) {
regs->eip = fixup;
/*
找到异常处理地址，修改中断返回地址，中断返回时跳到异常处理程序处
*/
return;
}
die("general protection fault", regs, error_code);
/*
没找到异常处理程序地址，显示内核异常信息后死机
*/
}
} |
搜索异常处理程序代码文件extable.c:
extern const struct exception_table_entry __start___ex_table[];
extern const struct exception_table_entry __stop___ex_table[];
unsigned long search_exception_table(unsigned long addr)
{
unsigned long ret;
#ifndef CONFIG_MODULES
/* There is only the kernel to search. */
ret = search_one_table(__start___ex_table, __stop___ex_table-1, addr);
if (ret) return ret;
#else
/* The kernel is the last "module" -- no need to treat it special. */
struct module *mp;
for (mp = module_list; mp != NULL; mp = mp->next) {
if (mp->ex_table_start == NULL)
continue;
ret = search_one_table(mp->ex_table_start,
mp->ex_table_end - 1, addr);
if (ret) return ret;
}
#endif
return 0;
}
static inline unsigned long
search_one_table(const struct exception_table_entry *first,
const struct exception_table_entry *last,
unsigned long value)
{
while (first <= last) {
const struct exception_table_entry *mid;
long diff;
mid = (last - first) / 2 + first;
diff = mid->insn - value;
if (diff == 0)
return mid->fixup;
else if (diff < 0)
first = mid+1;
else
last = mid-1;
}
return 0;
} |
看看上面搜索异常处理程序的算法就知道了，有个异常模块表，保存会发生异常时候的eip和异常处理程序指针，发生异常的时候就根据异常时候的eip搜索表里面的eip，发现相等就找到了异常处理指针。这是什么意思呢，就是说你编写的内核程序必须精确的知道哪条指令可能会发生异常，要求真够高的。想想windows下的异常编程是多么轻松？程序员只需要知道哪一段程序可能出现异常，就只需要一个括号一个异常语句保护这段程序就是了。
光看上面算法可能对其这异常的处理还没怎么有感性认识，那么我们再看看其内核的异常形式、编写方式吧。
下面我们再看看exception.txt的一些说明:
查看内核模块表：
> Sections:
> Idx Name Size VMA LMA File off Algn
> 0 .text 00098f40 c0100000 c0100000 00001000 2**4
> CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, CODE
> 1 .fixup 000016bc c0198f40 c0198f40 00099f40 2**0
> CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, CODE
> 2 .rodata 0000f127 c019a5fc c019a5fc 0009b5fc 2**2
> CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
> 3 __ex_table 000015c0 c01a9724 c01a9724 000aa724 2**2
> CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
> 4 .data 0000ea58 c01abcf0 c01abcf0 000abcf0 2**4
> CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
> 5 .bss 00018e21 c01ba748 c01ba748 000ba748 2**2
> ALLOC
> 6 .comment 00000ec4 00000000 00000000 000ba748 2**0
> CONTENTS, READONLY
> 7 .note 00001068 00000ec4 00000ec4 000bb60c 2**0
> CONTENTS, READONLY |
看模块__ex_table就是会出现异常的一些程序eip，fixup就是相应的异常处理程序地址。这显然这异常结构是静态的，与windows动态的链表形式有很大的分别。再看看异常程序的编写，下面是get_user(c, buf)的一段代码：
switch ((sizeof(*(buf)))) {
case 1:
__asm__ __volatile__(
"1: mov" "b" " %2,%" "b" "1\n"
/*
这语句可能发生异常
*/
"2:\n"
".section .fixup,\"ax\"\n"
"3: movl %3,%0\n"
/*
异常处理程序
*/
" xor" "b" " %" "b" "1,%" "b" "1\n"
" jmp 2b\n"
".section __ex_table,\"a\"\n"
" .align 4\n"
" .long 1b,3b\n"
/*
1b,3b就是对应1：，3：就是可能会发生异常的eip与异常后的处理程序
*/
".text" : "=r"(__gu_err), "=q" (__gu_val): "m"((*(struct __large_struct *)
( __gu_addr )) ), "i"(- 14 ), "0"( __gu_err )) ;
break; |
