异常：硬件、系统和应用的组合拳

一提到计算机当中的异常（Exception），可能你的第一反应就是 C++ 或者 Java 中的Exception。不过我们今天讲的，并不是这些软件开发过程中遇到的“软件异常”，而是和硬件、系统相关的“硬件异常”。

尽管，这里我把这些硬件和系统相关的异常，叫作“硬件异常”。但是，实际上，这些异常，既有来自硬件的，也有来自软件层面的。

比如，我们在硬件层面，当加法器进行两个数相加的时候，会遇到算术溢出；或者，玩游戏的时候，按下键盘发送了一个信 给CPU，CPU要去执行现有流程之外的指令，这也是一个“异常”。

同样，来自软件层面的，比如我们的程序在进行系统调用，发起一个读文件的请求。这样应用程序向系统调用发起请求的情况，一样是通过“异常”来实现的。

异常，其实是一个硬件和软件组合在一起的处理过程。

• 异常的前半生，也就是异常的发生和捕捉，是在硬件层面发生的
• 异常的后半生，也就是异常的处理，是由软件来完成的

计算机会为每一种可能发生的异常，分配一个异常代码（也叫做中断向量）。异常发生的时候，通常是CPU检测到了一个特殊的信 。这些信 ，在组成原理里面，一般叫做发生了一个事件。CPU在检测到事件的时候，其实也就拿到了对应的异常代码。

这些异常代码里，IO发出的信 的异常代码，是由操作系统来分配的，也就是有软件来设定的。而像加法移除这样的异常代码，则是由CPU预先分配好的，也就是由硬件来分配的。可以看出，这也是由软件和硬件组合起来处理异常的过程

拿到异常代码后，CPU就会触发异常处理的流程。计算机在内存中，会保存一个异常表（也叫做中断向量表），好和上面的中断向量对应起来。表中存放的是不同的异常代码对应的异常处理程序(Exception Handler)所在的地址。

CPU拿到异常码之后，会先把当前的程序执行的现场，保存到程序栈里面，然后根据异常码查询，找到对应的异常处理程序，最后把后继指令执行的控制权，交给这个异常处理程序

再比如说，Java 里面，我们使用一个线程池去运行调度任务的时候，可以指定一个异常处理程序。对于各个线程在执行任务出现的异常情况，我们是通过异常处理程序进行处理，而不是在实际的任务代码里处理。这样，我们就把业务处理代码就和异常处理代码的流程分开了。

异常的分类：中断、陷阱、故障和中止

异常可以由硬件触发，也可以由软件触发。那我们平时会碰到哪些异常呢p>

（1）中断（Interrupt）

• 就是程序在执行到一半的时候，被打断了。这个打断执行的信 ，来自于CPU外部的IO设备
• 你在键盘上按下一个案件，就会对应触发一个响应的信 到CPU里面。CPU里面某个开关的值发生了变化，也就触发了一个中断类型的异常

（2）陷阱（Trap）

• 陷阱，是程序员“故意”主动触发的异常。就好像你在程序里面打了一个“断点”，这个断点就是设下一个“陷阱”。当程序的指令执行到这个位置的时候，就掉到了这个陷阱中。然后的，对应的异常处理程序就会来处理这个“陷阱”当中的猎物。
• 最常见的一类陷阱，发生在我们的应用程序调用系统调用的时候，也就是从程序的用户态切换到内核态的时候。
• 我们的应用程序通过系统调用去读取文件、创建进程，其实也是通过触发一次陷阱来进行的。这是因为，我们用户态的应用程序没有权限来做这些事情，需要把对应的流程交给有权限的异常处理程序来进行

（3）故障（Fault）