segment fault是什么方面的概念, 除了segment fault段錯誤還有哪些錯誤？

Update1

注意, 因爲(wèi)窩太垃圾了, 以下答案很有可能存在不嚴謹, 甚至錯誤的部分, 窩也在不斷的修訂. 所以, 想踩的話請隨意, 但是窩不太想刪, 刪了話自己可能沒有動力總結(jié)了, 好吧, 窩的確很自私. 但是窩相信終有一天這個答案會self-contained並且邏輯不再混亂.

Update2

I don't have Chinese input method editor, so I will write in English(but too lazy to translate the original contexts into English, So previous Chinese wording preserved)

很不幸, 之所以你搜segmentfault都是這個論壇, 有兩個原因,

1. 因爲(wèi)這個網(wǎng)站的域名就是segmentfault.com.
2. 是因爲(wèi)你搜索的姿勢不對, 它不是一個單詞...而是一個詞組: segment fault. 當(dāng)然, 也有縮寫: segfault, 或者Segmentation-fault.

1.1. segment fault既不是linux特有的, 也不是c++特有的, 甚至從語言規(guī)範(fàn)中, 它不屬於c++, 因爲(wèi)c++的標(biāo)準(zhǔn)文檔中沒有對Segmentation fault沒有過定義. 喂雞百科中它被定義爲(wèi):

In computing, a segmentation fault (often shortened to segfault) or access violation is a fault, or failure condition, raised by hardware with memory protection, notifying an operating system (OS) the software has attempted to access a restricted area of memory (a memory access violation).

長話短說, 就是軟件訪問了不該訪問的memory, 而硬件具有內(nèi)存保護功能. 具體的說, 就是當(dāng)MMU檢測到非法內(nèi)存被訪問了, 那麼它就讓CPU產(chǎn)生一個exception.

1.2. c或者c++這種既接近底層, 又古老的語言會引起段錯誤.
1.3. 書沒什麼好推薦的, 畢竟這玩意一般第一天寫c/c++就會碰到...碰到多了自然知道了, 非要推薦的話去看些操作系統(tǒng)之類的書(CSAPP, OSTEP, etc)會有比較深刻的認知吧,比如trap. 不過也別迷信讀書, 畢竟現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)這麼發(fā)達. 你把英文喂雞上的關(guān)於它的內(nèi)容看一邊也差不多了.

2.1. bus error, stack overflow(更新: 有一種說法是stack overflow本身不是錯誤(error/fault), 但是它的存在會觸發(fā)其它錯誤(error/fault), 其中之一就是Segmentation fault, 因爲(wèi)call stack溢出後, 程序有可能對非法地址進些讀寫操作. ......好多好多呢, 你去這個列表看下,
2.2. 至於Segmentation和fault這倆詞語, 我們從操作系統(tǒng)講起:

假想下你的操作系統(tǒng)就是一個巨大的庫, 所有操作(包括應(yīng)用軟件)都只要調(diào)用這個庫(的API)就行了, 沒有任何權(quán)限限制, 這其實就是早期操作系統(tǒng)的設(shè)計形態(tài), 後來人們逐漸意識到這麼做是不安全的, 放到今天應(yīng)該會很容易明白, 比如你肯定不希望手機流氓軟件(應(yīng)用軟件)訪問你在磁盤上的個人信息吧, 但是我們依然要確保操作系統(tǒng)有權(quán)限訪問, 所以我們需要一場革命, 帶來一個新的內(nèi)存保護機制, 或者說是一個新的文件系統(tǒng), 當(dāng)然, 這個文件系統(tǒng)肯定不能作爲(wèi)一個庫, 不然還是什麼都沒有改變, 最終, 這個革命者名爲(wèi)system call, 其實現(xiàn)是通過硬件(CPU的trap)指令, 伴隨它的還有user mode, kernel mode(這兩個mode是針對CPU的, 比如, CPU可以用一個bit來表徵, 0代表kernel mode, 1代表kernel mode等. 具體的做法就是system call賦予操作系統(tǒng)更高的硬件優(yōu)先級. 應(yīng)用軟件處於user mode, 不能進行讀寫磁盤/物理內(nèi)存等操作, 它將某些數(shù)值放在寄存器或棧幀, 表示自己希望從操作系統(tǒng)處得到那些東西, 然後應(yīng)用軟件調(diào)用trap)指令, 即執(zhí)行system call, 此時CPU轉(zhuǎn)換爲(wèi)kernel mode, 並且跳轉(zhuǎn)到一些指令處, 這些指令是屬於操作系統(tǒng)的, 他們會聆聽(通過之前的寄存器或者棧幀)應(yīng)用軟件, 然後也切換到kernel mode, 執(zhí)行這些請求.

However, how can we separate user mode from kernel mode? Two approaches:

1. Protection ring
2. Have a single address space for all software, and rely on the programming language's virtual machine to make sure that arbitrary memory cannot be accessed – applications simply cannot acquire any references to the objects that they are not allowed to access

好, 爲(wèi)了鞏固記憶, 接下來我們換一種問法, 什麼情況下system call會被執(zhí)行呢?
答案還是trap)(需要注意的是此處的trap)不同於上面的trap)指令, 是兩回事, 這裏的trap)是一個泛指, 是interrupt的子集, 特指非硬件層面的interrupt). 經(jīng)常, trap)也可以用其同義詞--falut或者exception來代替. 有些地方會將這些分開, 比如如果你關(guān)注國外各個大學(xué)的操作系統(tǒng)(設(shè)計(與實現(xiàn))的課的話, 會發(fā)現(xiàn)他們往往會對其定義有差別, 比如由硬件還是軟件觸發(fā)之類, 具體如fault有時會特指page fault, 再比如Intel microprocessor manuals裏將synchronous interrupts定義爲(wèi)exceptions, asynchronous interrupts 定義爲(wèi)interrupts, 但是很多時候大家對其區(qū)分不是很嚴格, 經(jīng)常一個interrupt signal就包括前面?zhèn)z貨了, 不過這個實現(xiàn)都是平臺相關(guān)的, 可能別的體系就有另一套說辭, 或者能更一步細化, 比如在古老的Linux/i386中, 其實現(xiàn)就是interrupt 0x80

說完fault, 我們再回到Segmentation, 其實它就是一段內(nèi)存, 但是帶有一個值來標(biāo)記內(nèi)存, 並且還包含偏移量, 當(dāng)然也分爲(wèi)物理內(nèi)存和虛擬內(nèi)存, 這裏只說虛擬內(nèi)存, 因爲(wèi)你編寫的c/c++程序用到的都是虛擬內(nèi)存而不是物理內(nèi)存. Segmentation fault]合在一起就是一個trap/exception/fault/software interrupt, 因爲(wèi)它訪問了不該訪問的內(nèi)存.