CSAPP 8장 Exceptional Control Flow

❗️출처: 하이애나 블로그

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8.1 Exceptions
- 예외적인 제외흐름
  - 컴퓨터에게 명령한다!!
  - Instruction을 쭉~ 따라 실행시키는데
    - PC카운터가 (Ak, Ak+1, Ak+2….)
    - 주우욱… 프로그램 카운터를 따라서, 실행됨
  - 하지만,
    - 컴퓨터가 명령어를 차례차례 수행하던 와중 어떤 문제가 생기거나, 특정 방향으로 제어하고 싶을 때
      - 제어흐름을 바꾸어야함
      - (= 예외적인 제외흐름) = ECF(Exceptional Control Flow)
- 예외상황 처리하고
  - 프로그램을 종료할수도, 원래의 프로그램으로 돌아올 수도 있음
- 예외테이블
  - 시스템을 부팅시 생성
  - 한 시스템 내에서, 가능한 예외상황들에 대해 예외 번호를 할당
  - 운영체제 커널에서 생성한것도 있음
  - OS서브루틴을 실행시킴(=간접프로시저 콜을 실행)
    - 핸들러 역할을 함
- 예외상황과 프로시저콜의 차이점
  - 프로시저콜을 사용해서, 스택에 리턴주소를 푸시
  - 이게 예외상황 그 자체랑은 다름
  - 예외상황이 생기면, 프로시저콜이 리턴주소를 스택에 넣고 핸들러를 실행시킴으로써 알아서 잘 처리하고 다시 돌아오는 것이다
- 운영체제는
  - 커널모드, 사용자모드 두가지가 있음
  - 커널모드는 운영체제의 핵심
    - 시스템콜을 통해 커널모드(컴터의 low level의 중요한부분 건드리는거)
    - 우리가 일반적으로 사용하는 프로그램들은, 사용자모드에서 돌아감
    - 예외처리 핸들러는 커널모드에서 돌아감
- 8.1.2 예외의 종류
  - interrupt, trap, fault, abort 4가지가 있다
  - interrupt
    - 비동기적 예외사항
    - interrupt만 유일하게, instruction으로 인한 예외상황이 아님
    - 나머지 세개는 instruction으로 생긴 예외사항
    - instruction과 상관없이, (인터넷이 끊겼다던지, 누가 갑자기 이상한 버튼 눌렸다던지) 일어나는 사건들에 대한 예외
  - trap and system call
    - 일부러 만든 예외상황
    - systemcall
      - 커널루틴을 호출하는 예외핸들러로 가게 함
      - 커널에 접근할 수 있는 특권을 가진 instruction을 실행할 수 있도록 해줌
  - fault
    - fault(오류)와 error는 다르다
    - 핸들러가 처리할 수 있으면 fault
    - 오류를 수정할 수 없으면 프로그램 종료
  - abort
    - 복구할 수 없는 치명적인 에러
- 8.1.3 리눅스 x86-64 시스템콜
8.2 Processes
- 실행 프로그램
- 마치 운영프로그램을 독점하듯, 메모리를 독점하듯 보임
- 8.2.1 논리적인 제어흐름
  - PC값들의 배열을 논리적인 제어흐름이라고 한다
  - 위그림을 보면, 여러 프로세스들이 있다. 이게 교대로 돌아가는 것임
- 8.2.2 concurrent flow
  - 프로세서 A와 프로세서B가 실행시간이 겹침
  - 멀티태스킹
    - 다른 프로세스랑 교대로 실행됨(하나의 코어 내에서)
  - 병렬흐름
    - 멀티프로세싱같은거, 여러개의 코어에서 여러개의 작업 실행됨
- 8.2.3 Private address space
  - 한 프로그램이 메모리독차지?? ⇒ nono, 사실 아님
  - 프로그램들은 자신만의 주소공간을 제공함(다쓰는거 아님, 난 여기까지만 쓰는거)
  - (위 그림)stack의 top부터 데이터를 넣어줌
    - 커널에서 사용할 수 있기 때문에, 맨 윗공간은 남겨둠
- 8.2.4 user and kernel modes
  - 사용자들이 못쓰도록, 제한적으로 제공
  - 모드비트(mode bit)
    - 모드비트를 설정하면…사용자모드에서 커널모드로 동작
    - supervisor모드라고도 불림
  - user program은 syscall을 통해 커널에게 간접접근
- 8.2.5 context switch
  - context switch를 통해 multitasking 사용
  - 그림보면, 유저영역이랑 커널 영역 와리가리 치면서 돌아다님
    - 터미널에 ㅇㅇㅇ읽어! 명령 하면 유저모드에서 커널모드로 전환됨
    - 다 읽고 나면, 다시 유저모드로 컴백
  - 스케줄링
    - 실행시키다가, context_switch가 필요하면 스케줄링 해줌
      1. 이전 컨텍스트 저장
      2. 일시저장된 컨텍스트 복원
      3. 새롭게 복원된 프로세스로 전달한다
    - 요약:
      - 걍 sleep시켜두고, 다른거하다가 다시 돌아옴
  - 예시
    - read실행시키면,
    - 메모리 접근해야되니까 잠깐 커널모드
    - 잠깐 커널모드 해둔 상황에서, 놀수는 없지 ⇒ 하던거 잠깐 좀더 하고 있음
8.3 System Call Error Handling
- 포크 함수
```
 if ((pid = fork()) < 0) {
 fprintf(stderr, "fork error: %s\\n", strerror(errno));
 exit(0);
 }
```
- strerror 함수는 errno의 특정값과 연계된 에러 string을 리턴.
- 이 코드를 다음과 같이 단순화 가능
```
 void unix_error(char *msg) /* Unix-style error */
 {
 fprintf(stderr, "%s: %s\\n", msg, strerror(errno));
 exit(0);
 }
```
- 위처럼 함수로 쓰면???? 아래처럼 두줄로 소환
```
if ((pid = fork()) < 0)
unix_error("fork error");
```
- 이거를 Stevens가 개발한 error handling wrappers 이용 단순화 가능
```
pid_t Fork(void)
 {
 pid_t pid;

 if ((pid = fork()) < 0)
 unix_error("Fork error");

 return pid;
 }
```
- 그렇다면! 다음과 같이 한줄 가능
```
pid = Fork();
```
- 대문자는 wrapper을, 소문자는 기본이름을 나타냄
- 8.3장의 결론
  - 에러핸들링 중요하니까 좀 써라
  - 코드길다고? ⇒ 노노, stevens아저씨가 만든 wrapper쓰면 사용시 코드 1줄로 짧아지니까, 에러핸들러좀 써줘라
8.4 Process Control
- Unix는 C로부터 프로세스를 제어하기 위한 많은 시스템콜을 제공, 그중 중요한 함수들을 설명하고 어떻게 사용되는지 예제를 제공
- 8.4.1 Obtaining Process IDs
  - PID(process ID)
  - getpid는 호출하는 함수의 PID를 리턴함
```
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
pid_t getpid(void);
pid_t getppid(void);
```
  - 위의 함수들은 정수값 리턴(types.h에 정의되어있음)
- 8.4.2 Creating and Terminating Processes
- 8.4.3 Reaping Child Processes(프로세서 청소)
- 8.4.4 Putting Processes to Sleep
- 8.4.5 Loading and Running Programs
- 8.4.6 Using fork and execve to Run Programs
8.5 Signals
8.6 Nonlocal Jumps
8.7 Tools for Manipulating Processes
8.8 Summary