4.0: 陷阱和系统调用简介

三种特殊事件

在CPU执行过程中,有三种事件会导致CPU将当前执行的指令暂停并将开始责权交给处理事件的特殊代码。这三种事件为

• 系统调用：用户程序通过执行ecall请求内核执行特定操作

• 异常:某个指令（用户或内核指令）执行了非法操作，如除0操作或使用了一个非法的虚拟地址

• 设备中断:当设备发出信号表示它需要处理时,如硬盘设备结束了读或写的请求

这三种情形有一个通用的术语统称为陷阱(trap) 典型情况下trap执行透明化，在trap发生时执行的代码暂停后后面将会继续，好像没有发生过什么特殊的事情一样

处理trap的通常流程是：

• 控制权转移到内核,内核保存当前状态（寄存器和一些其他状态）

• 内核执行相应的处理代码（比如系统调用或设备驱动）

• 然后恢复状态并返回,以便程序继续执行.

• 在xv6操作系统中,所有的trap都在内核中处理,这样可以确保设备隔离、资源共享以及异常处理的安全性.

xv6的trap处理过程包括四个阶段：

• CPU硬件操作，汇编预处理，一些汇编的指令为内核的C代码做一些准备工作

• C语言处理函数负责trap需要实现的功能

• 系统调用或设备驱动程序的执行，内核里用的同一个程序逻辑执行三种类型的traps

• 但是从实现来看下面两种情况用独立的代码分别处理比较方便

  • 来自用户态的traps

  • 来自内核态的traps

• 处理traps的内核代码（汇编或c）通常称为句柄(handler)，第一个handler指令通常用汇编进行实现，有时候称为向量（vector）