陷阱指令：为什么必须自动更改程序计数器和处理器状态寄存器？
Trap instruction: why must the program counter and processor status register be changed atomically?
我在之前的操作系统考试中遇到了以下问题 class。
考虑一个体系结构，其中 TRAP 指令有两个作用：加载处理器状态寄存器 (PCR) 的预定义值，其中包含 user/kernel 模式位，保存程序计数器的值 ( PC) 到一个特殊的 Save PC 寄存器并将预定义的值加载到 PC 中。解释为什么在同一指令周期中不更改 PC 的情况下为 PCR 加载新值是不安全的。
我知道 PCR 将设置为内核模式并关闭内存管理。是不是因为PC还在用户程序里不安全？如果是这样，它会在哪里出错？如果不是，为什么不安全？为什么先换电脑也不安全？
旁白：没有理由假设 "memory management" 通过加载新的处理器状态变为 "off"；事实上，根据我的经验，在 CPU 年代不会发生这种情况。但这与这个答案无关。
我们正在用户模式下执行，并获取了一条 TRAP 指令。然后程序计数器（比方说）指向 TRAP 之后的指令。
现在处理器执行TRAP。它加载新的处理器状态，将 CPU 切换到内核模式。假设这本身不会抑制设备中断。
现在...设备中断。硬件或软件机制保存处理器状态（=内核态）和程序计数器（=TRAP后指令的用户态地址）。设备中断服务例程执行其任务并从中断执行 return 以恢复程序计数器和处理器状态。我们无法恢复 "half-way through the TRAP instruction" - 唯一可能发生的事情是我们开始执行 PC 指向的指令，即我们在 TRAP 之后但在内核模式下执行指令。
具体问题取决于系统架构：
如果内核地址映射是用户地址映射的超集（通常在用户 space 是总地址 space 的一半的操作系统上），那么我们正在执行用户提供的代码内核模式，这至少是一个严重的权限问题，并且在我们无法处理时可能会导致页面错误导致我们失败。
如果内核地址映射不包括用户space（在虚拟地址大小有限的系统上经常出现这种情况）那么这相当于疯狂跳转到内核。
总结就是处理器状态和程序计数器都需要定义"where you are in execution"，而且两者要一起saved/updated；或者换句话说，中间不允许控制权的改变（例如中断）。
我在之前的操作系统考试中遇到了以下问题 class。
考虑一个体系结构，其中 TRAP 指令有两个作用：加载处理器状态寄存器 (PCR) 的预定义值，其中包含 user/kernel 模式位，保存程序计数器的值 ( PC) 到一个特殊的 Save PC 寄存器并将预定义的值加载到 PC 中。解释为什么在同一指令周期中不更改 PC 的情况下为 PCR 加载新值是不安全的。
我知道 PCR 将设置为内核模式并关闭内存管理。是不是因为PC还在用户程序里不安全？如果是这样，它会在哪里出错？如果不是，为什么不安全？为什么先换电脑也不安全？
旁白：没有理由假设 "memory management" 通过加载新的处理器状态变为 "off"；事实上，根据我的经验，在 CPU 年代不会发生这种情况。但这与这个答案无关。
我们正在用户模式下执行，并获取了一条 TRAP 指令。然后程序计数器（比方说）指向 TRAP 之后的指令。
现在处理器执行TRAP。它加载新的处理器状态，将 CPU 切换到内核模式。假设这本身不会抑制设备中断。
现在...设备中断。硬件或软件机制保存处理器状态（=内核态）和程序计数器（=TRAP后指令的用户态地址）。设备中断服务例程执行其任务并从中断执行 return 以恢复程序计数器和处理器状态。我们无法恢复 "half-way through the TRAP instruction" - 唯一可能发生的事情是我们开始执行 PC 指向的指令，即我们在 TRAP 之后但在内核模式下执行指令。
具体问题取决于系统架构：
如果内核地址映射是用户地址映射的超集（通常在用户 space 是总地址 space 的一半的操作系统上），那么我们正在执行用户提供的代码内核模式，这至少是一个严重的权限问题，并且在我们无法处理时可能会导致页面错误导致我们失败。
如果内核地址映射不包括用户space（在虚拟地址大小有限的系统上经常出现这种情况）那么这相当于疯狂跳转到内核。
总结就是处理器状态和程序计数器都需要定义"where you are in execution"，而且两者要一起saved/updated；或者换句话说，中间不允许控制权的改变（例如中断）。