【linux】【操作系统】内核之traps.c源码阅读

news2024/9/22 7:34:10

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C 文件·traps.c 是 Linux 内核的一部分，主要处理硬件陷阱和故障。文件中包含多个函数来处理不同类型的异常和错误。下面是详细的解析：

概览

  • 目的：此文件负责处理各种硬件异常和故障。它包括了处理特定类型错误以及初始化异常处理器的函数。
  • 文件结构：文件以描述目的和版权信息的注释开头，接着包含了必要的头文件，并定义了一些用于访问内存段的宏。

关键函数

1. die

  • 描述：一个辅助函数，用于打印关于异常的诊断信息并退出进程。
  • 使用：
    打印错误类型、寄存器和其他相关信息。
    调用 do_exit 并传入状态码 11 来终止进程。

2. 异常处理函数

这些函数在发生特定的硬件异常时被调用。它们通常会调用 die 函数来打印诊断信息并终止进程。

  • do_double_fault
    • 描述：处理双故障异常。
    • 参数：esp（指向栈的指针），error_code。
  • do_general_protection
    • 描述：处理一般保护故障。
    • 参数：esp（指向栈的指针），error_code。
  • do_divide_error
    • 描述：处理除零错误。
    • 参数：esp（指向栈的指针），error_code。
  • do_int3
    • 描述：处理 INT3 指令（软件断点）。
    • 参数：寄存器和段描述符。
  • do_nmi, do_debug, do_overflow, do_bounds, do_invalid_op, do_device_not_available, do_coprocessor_segment_overrun, do_invalid_TSS, do_segment_not_present, do_stack_segment, do_coprocessor_error, **

这些函数分别处理非屏蔽中断、调试异常、溢出、边界越界、无效操作、设备不可用、协处理器段越界、无效的任务状态段、段不存在、堆栈段错误以及协处理器错误等异常情况。每个函数都会根据具体的异常类型采取相应的处理措施，通常是调用 die 函数来打印错误信息并终止进程。

3. trap_init

  • 详细解释
    trap_init() 函数负责初始化一个计算机系统的中断和异常处理程序。它通过设置不同类型的门（gate）来指定对于特定类型的中断或异常应调用哪个处理函数。

  • 门（Gate）说明

    • Trap Gate: 用于处理异常（如除法错误、非法指令等）。
    • System Gate: 用于处理软件中断（如 INT 3 指令）。

  • 具体设置

    • 设置 Trap Gates

      • 0: Divide Error (&divide_error): 处理除法错误。
      • 1: Debug (&debug): 调试异常处理。
      • 2: NMI (&nmi): 非屏蔽中断处理。
      • 6: Invalid Opcode (&invalid_op): 非法操作码处理。
      • 7: Device Not Available (&device_not_available): 设备不可用处理。
      • 8: Double Fault (&double_fault): 双重故障处理。
      • 9: Coprocessor Segment Overrun (&coprocessor_segment_overrun): 协处理器段越界处理。
      • 10: Invalid TSS (&invalid_TSS): 无效任务状态段处理。
      • 11: Segment Not Present (&segment_not_present): 段不存在处理。
      • 12: Stack Segment (&stack_segment): 栈段错误处理。
      • 13: General Protection (&general_protection): 一般保护错误处理。
      • 14: Page Fault (&page_fault): 页面错误处理。
      • 15: Reserved (&reserved): 预留处理。
      • 16: Coprocessor Error (&coprocessor_error): 协处理器错误处理。
      • 17-47: Reserved (&reserved): 这些中断号被预留未使用。
      • 45: IRQ13 (&irq13): IRQ13 中断处理。

    • 设置 System Gates

      • 3: INT 3 (&int3): 处理 INT 3 指令触发的中断。
      • 4: Overflow (&overflow): 处理溢出异常。
      • 5: Bounds (&bounds): 处理越界异常。

    • 并口中断设置

      • 39: Parallel Interrupt (&parallel_interrupt): 并口中断处理。
        关闭 PIC 中断

    • 使用 outb_p 和 inb_p 函数控制可编程中断控制器 (PIC) 的寄存器以禁用某些中断。

      • 0x21: 禁用 IRQ2 (从8259B)。
      • 0xA1: 禁用 IRQ2 (主8259A)。

  • 总结
    该函数通过设置 Trap Gates 和 System Gates 来初始化中断和异常处理程序。
    它确保了操作系统能够响应各种硬件和软件异常，并且能够处理特定的中断请求。
    此外，还通过控制 PIC 寄存器来管理部分中断的启用或禁用。

源码

/*
 *  linux/kernel/traps.c
 *
 *  (C) 1991  Linus Torvalds
 */

/*
 * 'Traps.c' handles hardware traps and faults after we have saved some
 * state in 'asm.s'. Currently mostly a debugging-aid, will be extended
 * to mainly kill the offending process (probably by giving it a signal,
 * but possibly by killing it outright if necessary).
 */
#include <string.h>

#include <linux/head.h>
#include <linux/sched.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <asm/system.h>
#include <asm/segment.h>
#include <asm/io.h>

#define get_seg_byte(seg,addr) ({ \
register char __res; \
__asm__("push %%fs;mov %%ax,%%fs;movb %%fs:%2,%%al;pop %%fs" \
	:"=a" (__res):"0" (seg),"m" (*(addr))); \
__res;})

#define get_seg_long(seg,addr) ({ \
register unsigned long __res; \
__asm__("push %%fs;mov %%ax,%%fs;movl %%fs:%2,%%eax;pop %%fs" \
	:"=a" (__res):"0" (seg),"m" (*(addr))); \
__res;})

#define _fs() ({ \
register unsigned short __res; \
__asm__("mov %%fs,%%ax":"=a" (__res):); \
__res;})

int do_exit(long code);

void page_exception(void);

void divide_error(void);
void debug(void);
void nmi(void);
void int3(void);
void overflow(void);
void bounds(void);
void invalid_op(void);
void device_not_available(void);
void double_fault(void);
void coprocessor_segment_overrun(void);
void invalid_TSS(void);
void segment_not_present(void);
void stack_segment(void);
void general_protection(void);
void page_fault(void);
void coprocessor_error(void);
void reserved(void);
void parallel_interrupt(void);
void irq13(void);

static void die(char * str,long esp_ptr,long nr)
{
	long * esp = (long *) esp_ptr;
	int i;

	printk("%s: %04x\n\r",str,nr&0xffff);
	printk("EIP:\t%04x:%p\nEFLAGS:\t%p\nESP:\t%04x:%p\n",
		esp[1],esp[0],esp[2],esp[4],esp[3]);
	printk("fs: %04x\n",_fs());
	printk("base: %p, limit: %p\n",get_base(current->ldt[1]),get_limit(0x17));
	if (esp[4] == 0x17) {
		printk("Stack: ");
		for (i=0;i<4;i++)
			printk("%p ",get_seg_long(0x17,i+(long *)esp[3]));
		printk("\n");
	}
	str(i);
	printk("Pid: %d, process nr: %d\n\r",current->pid,0xffff & i);
	for(i=0;i<10;i++)
		printk("%02x ",0xff & get_seg_byte(esp[1],(i+(char *)esp[0])));
	printk("\n\r");
	do_exit(11);		/* play segment exception */
}

void do_double_fault(long esp, long error_code)
{
	die("double fault",esp,error_code);
}

void do_general_protection(long esp, long error_code)
{
	die("general protection",esp,error_code);
}

void do_divide_error(long esp, long error_code)
{
	die("divide error",esp,error_code);
}

void do_int3(long * esp, long error_code,
		long fs,long es,long ds,
		long ebp,long esi,long edi,
		long edx,long ecx,long ebx,long eax)
{
	int tr;

	__asm__("str %%ax":"=a" (tr):"0" (0));
	printk("eax\t\tebx\t\tecx\t\tedx\n\r%8x\t%8x\t%8x\t%8x\n\r",
		eax,ebx,ecx,edx);
	printk("esi\t\tedi\t\tebp\t\tesp\n\r%8x\t%8x\t%8x\t%8x\n\r",
		esi,edi,ebp,(long) esp);
	printk("\n\rds\tes\tfs\ttr\n\r%4x\t%4x\t%4x\t%4x\n\r",
		ds,es,fs,tr);
	printk("EIP: %8x   CS: %4x  EFLAGS: %8x\n\r",esp[0],esp[1],esp[2]);
}

void do_nmi(long esp, long error_code)
{
	die("nmi",esp,error_code);
}

void do_debug(long esp, long error_code)
{
	die("debug",esp,error_code);
}

void do_overflow(long esp, long error_code)
{
	die("overflow",esp,error_code);
}

void do_bounds(long esp, long error_code)
{
	die("bounds",esp,error_code);
}

void do_invalid_op(long esp, long error_code)
{
	die("invalid operand",esp,error_code);
}

void do_device_not_available(long esp, long error_code)
{
	die("device not available",esp,error_code);
}

void do_coprocessor_segment_overrun(long esp, long error_code)
{
	die("coprocessor segment overrun",esp,error_code);
}

void do_invalid_TSS(long esp,long error_code)
{
	die("invalid TSS",esp,error_code);
}

void do_segment_not_present(long esp,long error_code)
{
	die("segment not present",esp,error_code);
}

void do_stack_segment(long esp,long error_code)
{
	die("stack segment",esp,error_code);
}

void do_coprocessor_error(long esp, long error_code)
{
	if (last_task_used_math != current)
		return;
	die("coprocessor error",esp,error_code);
}

void do_reserved(long esp, long error_code)
{
	die("reserved (15,17-47) error",esp,error_code);
}

void trap_init(void)
{
	int i;

	set_trap_gate(0,&divide_error);
	set_trap_gate(1,&debug);
	set_trap_gate(2,&nmi);
	set_system_gate(3,&int3);	/* int3-5 can be called from all */
	set_system_gate(4,&overflow);
	set_system_gate(5,&bounds);
	set_trap_gate(6,&invalid_op);
	set_trap_gate(7,&device_not_available);
	set_trap_gate(8,&double_fault);
	set_trap_gate(9,&coprocessor_segment_overrun);
	set_trap_gate(10,&invalid_TSS);
	set_trap_gate(11,&segment_not_present);
	set_trap_gate(12,&stack_segment);
	set_trap_gate(13,&general_protection);
	set_trap_gate(14,&page_fault);
	set_trap_gate(15,&reserved);
	set_trap_gate(16,&coprocessor_error);
	for (i=17;i<48;i++)
		set_trap_gate(i,&reserved);
	set_trap_gate(45,&irq13);
	outb_p(inb_p(0x21)&0xfb,0x21);
	outb(inb_p(0xA1)&0xdf,0xA1);
	set_trap_gate(39,&parallel_interrupt);
}

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