4章 Linuxカーネル - 割り込み・例外 5

4 章 Linux カーネル – 割り込み・例外 5
・ IDT
・ IDT の初期化
mao
Web >https://www.pridact.com
Twitter >https://twitter.com/rivarten
Mail 　 >official@pridact.com

はじめに
割り込み・例外の話
視点
・概要
・ソースコード
ソースコードの情報が載っている場合は ,
実際にソースコードに目を通しながら資料を見ていっ
たほうがいいかもしれません。
今回はソースコードを読み進めていきます。

この資料について
・間違っていたらご指摘をお願い致します。
・ Linux Kernel のバージョンは 4.9.16 です。
・ページタイトルに * 印が付いているページは、
　少し踏み込んだ内容になっています。
　ざっと全体に目を通したければ、読み飛ばして
　もらっても構いません。

IDT (1)
・システム初期化時 , カーネルが割り込みを許可する前に ,
・ idtr レジスタに IDT の先頭アドレスを指定
・ IDT 内の全エントリを初期化
・ユーザーモードプロセスが int 命令を使用して 0~255 までの任意ベクタの
　割り込みを発行できる為 , 不正な割り込みや例外の発生を防ぐ為に ,IDT
　の初期化は慎重に行う .
Linux における初期化処理
a. 特定の割り込みやトラップのゲートディスクリプタの DPL を 0 に設定し ,
　不正な割り込み信号には一般保護例外を発生させるようにする .
b. ユーザーモードプロセスが特定の例外を直接生成できるようにする為に ,
　割り込みやトラップゲートのディスクリプタの DPL を 3 に設定し ,
　例外を発生させることを可能にする .

IDT (2)
・ Intel が提供している割り込みディスクリプタ
・割り込みゲートディスクリプタ
・トラップゲートディスクリプタ
・タスクゲートディスクリプタ

IDT (3)
・ Linux が提供している割り込みディスクリプタ
・割り込みゲート
Intel の割り込みゲート .DPL=0.
割り込みハンドラはすべて割り込みゲートで実装 .
ユーザーモードからアクセス不可 .
・システムトラップゲート ( 旧システムゲート )
Intel のトラップゲート .DPL=3.
ベクタ 4,5,128 の例外ハンドラはシステムトラップゲートで実装 .
into,bound,int $0x80 アセンブリ命令はユーザーモードでも使用可 .
・システム割り込みゲート
Intel の割り込みゲート .DPL=3.
ベクタ 3 の例外ハンドラはシステム割り込みゲートで実装 .
int3 アセンブリ命令はユーザーモードでも実行可 .
・トラップゲート
Intel のトラップゲート .DPL=0.
ほとんどの例外ハンドラはトラップゲートで実装 .
ユーザーモードからアクセス不可 .
・タスクゲート
Intel のタスクゲート .DPL=0. ダブルフォルト例外ハンドラの実装 .

IDT の初期化 (1)
・ IDT へのゲート登録
・ set_intr_gate(n,addr)
・ set_system_trap_gate(n,addr) ( 旧 set_system_gate)
・ set_system_intr_gate(n,addr)
・ set_trap_gate(n,addr)
・ set_task_gate(n,addr)

・ set_intr_gate(n,addr)
IDT の n 番目のエントリに割り込みゲートを登録する .
ゲート内のセグメントセレクタには ,__KERNEL_CS が設定される .
オフセットフィールドには , 割り込みハンドラのアドレス addr を設定 .
DPL=0 で設定される .
※ すべての割り込みハンドラをこの関数で登録 .
[ver4.9.16 arch/x86/include/asm/desc.h:371]
#define set_intr_gate(n, addr)
do {
set_intr_gate_notrace(n, addr);
_trace_set_gate(n, GATE_INTERRUPT, (void*)trace_##addr,
0, 0, __KERNEL_CS);
} while (0)
#define set_intr_gate_notrace(n, addr)
do {
BUG_ON((unsigned)n > 0xFF);
_set_gate(n, GATE_INTERRUPT, (void *)addr, 0, 0,
__KERNEL_CS);
} while (0)

・ set_system_trap_gate(n,addr)
IDT の n 番目のエントリにトラップゲートを登録する .
オフセットフィールドには , 例外ハンドラのアドレス addr を設定 .
ベクタ 4,5,128 がこのゲート .
static inline void set_system_trap_gate(unsigned int n, void *addr)
{
_set_gate(n, GATE_TRAP, addr, 0x3, 0, __KERNEL_CS);
}

・ set_system_intr_gate(n,addr)
IDT の n 番目のエントリに割り込みゲートを登録する .
オフセットフィールドには , 例外ハンドラのアドレス addr を設定 .
ベクタ 3 がこのゲート .
static inline void set_system_intr_gate(unsigned int n, void *addr)
{
_set_gate(n, GATE_INTERRUPT, addr, 0x3, 0, __KERNEL_CS);
}

・ set_trap_gate(n,addr)
set_system_trap_gate と同じだが ,DPL=0 で設定する .
殆どの例外ハンドラがこのゲート .
static inline void set_trap_gate(unsigned int n, void *addr)
{
_set_gate(n, GATE_TRAP, addr, 0, 0, __KERNEL_CS);
}

・ set_task_gate(n,addr)
IDT の n 番目のエントリにタスクゲートを登録する .
ゲート内のセグメントセレクタには ,
GDT 内の TSS セグメントのインデックスが設定される .
この TSS セグメントは , 実行する関数を含んでいるセグメント .
オフセットフィールドには ,0 を設定 .
DPL=0.
ダブルフォルト例外ハンドラがこのゲート .
static inline void set_task_gate(unsigned int n, void *addr)
{
_set_gate(n, GATE_TASK, (void *)0, 0, 0, (gdt_entry<<3));
}

IDT の初期化 (7) *
・全ゲート共通 (1)
static inline void _set_gate(int gate, unsigned type, void *addr,
unsigned dpl, unsigned ist, unsigned seg)
{
gate_desc s;
pack_gate(&s, type, (unsigned long)addr, dpl, ist, seg);
write_idt_entry(idt_table, gate, &s);
write_trace_idt_entry(gate, &s);
}
[ver4.9.16 arch/x86/include/asm/desc.h:55] CONFIG_X86_64
static inline void pack_gate(gate_desc *gate, unsigned type, unsigned long func,
{
gate->offset_low = PTR_LOW(func);
gate->segment = __KERNEL_CS;
gate->ist = ist;
gate->p = 1;
gate->dpl = dpl;
gate->zero0 = 0;
gate->zero1 = 0;
gate->type = type;
gate->offset_middle = PTR_MIDDLE(func);
gate->offset_high = PTR_HIGH(func);
}

IDT の初期化 (8) *
・全ゲート共通 (2)
[ver4.9.16 arch/x86/include/asm/desc.h:71] #else (CONFIG_X86_32
static inline void pack_gate(gate_desc *gate, unsigned type, unsigned long func,
{
gate->a = (seg << 16) | (base & 0xffff);
gate->b = (base & 0xffff0000) | (((0x80 | type | (dpl << 5)) & 0xff) << 8);
}
static inline void _trace_set_gate(int gate, unsigned type, void *addr,
{
gate_desc s;
pack_gate(&s, type, (unsigned long)addr, dpl, ist, seg);
write_trace_idt_entry(gate, &s);
}
#define write_idt_entry(dt, entry, g) native_write_idt_entry(dt, entry, g)
static inline void native_write_idt_entry(gate_desc *idt, int entry, const gate_desc *gate)
{
memcpy(&idt[entry], gate, sizeof(*gate));
}

・コンピュータの起動直後 , まだリアルモードで動作している時にも ,
　 BIOS は IDT を初期化して使用している .(1 度目の初期化 )
・ Linux が起動すると ,Linux は BIOS ルーチンを使用しない為 ,
　 IDT を RAM の別の領域へ移動させ ,2 度目の初期化を行う .
・ idt_table テーブル
IDT の 256 エントリのテーブル
[ver4.9.16 arch/x86/kernel/traps.c:82]
gate_desc idt_table[NR_VECTORS] __page_aligned_bss;
・ gate_desc/desc_struct 構造体
[ver4.9.16 arch/x86/include/asm/desc_defs.h:22]
struct desc_struct {
union {
struct {
unsigned int a;
unsigned int b; };
struct {
u16 limit0; #bit15-0(limit15-0)
u16 base0; #bit31-16(base15-0)
unsigned base1: 8, type: 4, s: 1, dpl: 2, p: 1; #bit39-32(base23-16)
#bit43-40(type)/bit44(S)
#bit46-45(DPL)/bit47(P)
unsigned limit:4, avl: 1, l: 1, d: 1, g: 1, base2: 8; }; #bit51-48(limit19-16)
#bit52(AVL)/bit53(L)/bit54(D)
#bit55(G)/bit63-56(base31-24)
}; } __attribute__((packed));
※ 参考 2 章 Linux カーネル – メモリ管理 1 アドレス変換機能　 x86 におけるセグメンテーション

・ idt_descr 変数
IDT の大きさとアドレス .
システム初期化段階で ,
カーネルが lidt アセンブリ命令で idtr レジスタを設定する時に使用 .
[ver4.9.16 arch/x86/kernel/head_32.S:727]
.data
.globl boot_gdt_descr
.globl idt_desc
ALIGN
…
boot_gdt_descr:
…
idt_descr:
.word IDT_ENTRIES*8-1
.long idt_table

・ 1 度目の初期化 (1) - ゼロ埋め
ブートローダーから起動
--> X+0x200: カーネルセットアップコード (arch/x86/boot/header.S) : _start
--> カーネルセットアップコードヘッダ (arch/x86/boot/compressed/head_32.S:63) : startup_32
--> カーネルセットアップコードメイン (init/main.c) : main()
[ver 4.9.16 arch/x86/boot/main.c:135]
void main(void){
…
go_to_protected_mode()
}
[ver 4.9.16 arch/x86/boot/pm.c:104]
void go_to_protected_mode(void)
{
readmode_switch_hook();
if (enable_a20()) {
die();
}
reset_coprocessor();
mask_all_interrupts();
setup_idt();
setup_gdt();
protected_mode_jump(boot_params.hdr.code32_start,
(u32)&boot_params + (ds() << 4)); //0x00100000 にジャンプ
}
[ver4.9.16 arch/x86/boot/pm.c:95]
static void setup_idt(void){
staic const struct gdt_ptr null_idt = {0, 0};
asm volatile(“lidtl %0” : : “m” (null_idt));
}

・ 1 度目の初期化 (2) - setup_once 関数呼出し前後
カーネルセットアップコードメイン
->init/main.c:main()
->init/main.c:protected_mode_jump(boot_params.hdr.code32_start,(u32)&boot_params + (ds() << 4)
->code32_start= 0x00100000(default for big kernel) = startup_32(arch/x86/kernel/head_32.S)
カーネル初期化時に , アセンブリ言語で記述された setup_once 関数を呼び出す .
idt_table の 256 エントリ全てを ignore_int() 割り込みハンドラを指すように初期化 .
__HEAD
ENTRY(startup_32) #BootStrap Processor エントリポイント
…
jmp default_entry
…
ENTRY(startup_32_smp) #Secondary Processor エントリポイント
…
default_entry:
…enable_paging へジャンプ
enable_paging:
…
movl setup_once_ref,%eax # 一度呼ばれたら ,setup_once_ref には 0 が代入されている
andl %eax,%eax
jz 1f #eax が 0 だったら前方の 1 にジャンプ -> set_once 関数を呼ばない
call *%eax
1:
…
jmp *(initial_code)
…
ENTRY(initial_code)
.long i386_start_kernel
ENTRY(setup_once_ref)
.long setup_once

・ 1 度目の初期化 (3) – setup_once 初期例外ハンドラ
カーネル初期化時に , アセンブリ言語で記述された setup_once 関数を呼び出す .
idt_table の 256 エントリ全てを ignore_int() 割り込みハンドラを指すように初期化 .
__INIT
setup_once:
…
# 初期例外ハンドラの設定
movl $idt_tale, %edi #idt_table の先頭ポインタを edi に格納
movl $early_idt_handler_array, %eax #early_idt_handler_array の先頭ポインタを eax に格納
movl $NUM_EXCEPTION_VECTORS, %ecx #NUM_EXCEPTION_VECTORS(=32) を ecx に格納
#loop 命令は ecx をループカウンタとして使用
1:
movl %eax, (%edi) #idt_table[ i ].a = early_idt_handler_array[ j ]
movl %eax,4(%edi) #idt_table[ i ].b = early_idt_handler_array[ j ]
movl $(0x8E000000 + __KERNEL_CS), 2(%edi) #0x8E000000 + __KERNEL_CS = 0x8E000060
#idt_table[ i ].base0 = 0x0060
#idt_table[ i ] .base1=0x00, .type:0xE, .s:0, .dpl:0, .p:1
add $EARLY_IDT_HANDLER_SIZE, %eax #i ++
addl $8, %edi #j ++
loop 1b #ecx = 0 ⇒ ループ終了
…

・ 1 度目の初期化 (4) - early_idt_handler_array
ENTRY(early_idt_handler_array)
i = 0
.rept NUM_EXCEPTION_VECTORS
.ifeq (EXCEPTION_ERRCODE_MASK >> i) & 1
pushl $0 # Dummy error code, to make stack frame uniform
.endif
pushl $i #20(%esp) Vector Number
jmp early_idt_handler_common
i = i + 1
.fill early_idt_handler_array + i*EARLY_IDT_HANDLER_SIZE - . , 1, 0xcc
.endr
< コンパイル時 >
・ NUM_EXCEPTION_VECTORS の回数分 ,[.rept] ～ [.endr] ディレクティブ内の処理を機械語として展開
・ .fill で ,EARLY_IDT_HANDLER_SIZE(=9)byte 領域の残りの部分を 0xCC で埋める
< 実行時 >
・ [arch/x86/include/asm/segment.h:211]
　 #define EXCEPTION_ERRCODE_MASK 0x0027d00
　例外発生時に制御回路がハードウェアエラーコードを自動的にスタックに積まない例外ベクタの指定
　 0000 0000 0000 0010 0111 1101 0000 0000 ⇒ ベクタ番号 8, 10, 11, 12, 13, 14, 17
　この場合は ,push $0 で 0 をスタックに積む
・ push $i で例外ベクタ番号をスタックに積む
・ early_idt_handler_common にジャンプして , 初期段階の共通割り込みハンドラへの処理へ移るようにする
・ early_idt_handler_common は early_fixup_exception() 関数 [ver4.9.16 arch/x86/mm/extable.c:129] を呼び出す
・ early_fixup_exception() 関数は ,fixup_exception() 関数を呼び出して修復可能ならば例外を修復する .

・ 1 度目の初期化 (5) – setup_once 初期割り込みハンドラ
…
# 初期割り込みハンドラの設定
movl $256 – NUM_EXCEPTION_VECTORS, %ecx #loop 命令のループカウンタとして使用
movl $ignore_int, %edx #edx に ignore_int のアドレスを格納
movl $(__KERNEL_CS << 16), %eax #eax に __KERNEL_CS(0x60) を
#16bit 左シフトして格納 (0x00600000)
movl %dx, %ax #16bit 版 ignore_int のオフセットを ax に格納
# これにアクセスするときは ,
#cs に selector=0x10=BOOT_CS を指定
#eax=0x0060[?][?][?][?]
movw $0x8E00, %dx #interrupt gate – dpl=0, present
#edx=[?][?][?][?]8E00
2:
movl %eax, (%edi) #idt_table[ i ].a = early_idt_handler_array[ j ]
movl %edx, 4(%edi) #idt_table[ i ].b = ignore_int
#idt_table[ i ] .base1=0x00, .type:0xE, .s:0, .dpl:0, .p:1
#idt_table[ i ] .limit:[?], avl: [?], l: [?], d: [?], g: [?], base2: [?];
add $8, %edi #j ++
loop 2b
#ifdef CONFIG_CC_STACKPROTECTOR
…
#endif
andl $0,setup_once_ref # 一回設定すると ,setup_once_ref を 0 にする
ret # 呼び出し元に戻る

・ 1 度目の初期化 (6) - ignore_int
アセンブリ言語で記述された何もしない割り込みハンドラ .
1. いくつかのレジスタをスタックに退避
2.printk() 関数を用いて , 「 Unknown interrupt or fault at : … 」
　というシステムメッセージ表示
3. スタックに退避しておいたレジスタの値を復帰 .
4.iret 命令を実行して , 割り込まれたプログラムを再開させる .
ALIGN
ignore_int:
cld
#ifdef CONFIG_PRINTK
…printk 関数を呼び出す
#endif
iret

・ 1 度目の初期化 (7) - 初期 IDT の有効化
startup_32/startup_32_smp -> default_entry -> enable_paging
[ver 4.9.16 arch/x86/kernel/head_32.S:414]
…
call *%eax #setup_once を呼び出す . 一度設定していたら呼び出さない .
1:
… i486 かどうかチェック . 最低でも i486 でないといけない
is486:
movl $0x50022, %ecx #AM, WP, NE, MP をセット
movl %cr0, %eax
andl $0x80000011, %eax #PG, PE, ET を保存
orl %ecx, %eax
movl %eax, %cr0 #cr0 に設定を反映
lgdt early_gdt_descr
lidt idt_descr
ljmp $(__KERNEL_CS), $1f
1: movl $(__KERNEL_DS), %eax # セグメントレジスタを再読み込み
movl %eax, %ss
・ ds,es を __USER_DS で初期化
・ fs を __KERNEL_PERCPU で初期化
・ gs を __KERNEL_STACK_CANARY で初期化
・ LDT をクリア
pushl $0 #fake return address for unwinder
jmp *(initial_code) #BootStrapProcessor -> i386_start_kernel へジャンプ
#ApplicationProcessor -> start_secondary へジャンプ

・ 2 度目の初期化 (1) - early_trap_init トラップゲートディスクリプタ初期化
startup_32 -> i386_start_kernel -> start_kernel
startup_64 -> x86_64_start_kernel -> start_kernel
-> local_irq_disable(), setup_arch()->early_trap_init(), trap_init(), early_irq_init(), init_IRQ(), local_irq_enable()
[ver 4.9.16 arch/x86/kernel/traps.c:897]
896 /* Set of traps needed for early debugging. */
897 void __init early_trap_init(void)
898 {
911 set_intr_gate_notrace(X86_TRAP_DB, debug);
912 /* int3 can be called from all */
913 set_system_intr_gate(X86_TRAP_BP, &int3);
914 #ifdef CONFIG_X86_32
915 set_intr_gate(X86_TRAP_PF, page_fault);
916 #endif
917 load_idt(&idt_descr);
918 }
[ver 4.9.16 arch/x86/include/asm/traps.h:129]
X86_TRAP_DB :1 Debug
X86_TRAP_BP :3 BreakPoint
X86_TRAP_PF :14 PageFault
[ver 4.9.16 arch/x86/include/asm/desc.h:93]
#define load_idt(dtr) native_load_idt(dtr)
[ver 4.9.16 arch/x86/include/asm/desc.h:221]
static inline void native_load_idt(const struct desc_ptr *dtr){
asm volatile(“lidt %0”::”m” (*dtr));
}

・ 2 度目の初期化 (1) - trap_init 割り込みハンドラ設定 (1)
927 void __init trap_init(void)
928 {
929 int i;
939 set_intr_gate(X86_TRAP_DE, divide_error);
940 set_intr_gate_ist(X86_TRAP_NMI, &nmi, NMI_STACK);
942 set_system_intr_gate(X86_TRAP_OF, &overflow);
943 set_intr_gate(X86_TRAP_BR, bounds);
944 set_intr_gate(X86_TRAP_UD, invalid_op);
945 set_intr_gate(X86_TRAP_NM, device_not_available);
947 set_task_gate(X86_TRAP_DF, GDT_ENTRY_DOUBLEFAULT_TSS);
948 #else
949 set_intr_gate_ist(X86_TRAP_DF, &double_fault, DOUBLEFAULT_STACK);
950 #endif
951 set_intr_gate(X86_TRAP_OLD_MF, coprocessor_segment_overrun);
952 set_intr_gate(X86_TRAP_TS, invalid_TSS);
953 set_intr_gate(X86_TRAP_NP, segment_not_present);
954 set_intr_gate(X86_TRAP_SS, stack_segment);
955 set_intr_gate(X86_TRAP_GP, general_protection);
956 set_intr_gate(X86_TRAP_SPURIOUS, spurious_interrupt_bug);
957 set_intr_gate(X86_TRAP_MF, coprocessor_error);
958 set_intr_gate(X86_TRAP_AC, alignment_check);

959 #ifdef CONFIG_X86_MCE
960 set_intr_gate_ist(X86_TRAP_MC, &machine_check, MCE_STACK);
961 #endif
962 set_intr_gate(X86_TRAP_XF, simd_coprocessor_error);
963
964 /* Reserve all the builtin and the syscall vector: */
965 for (i = 0; i < FIRST_EXTERNAL_VECTOR; i++)
966 set_bit(i, used_vectors);
967
968 #ifdef CONFIG_IA32_EMULATION
969 set_system_intr_gate(IA32_SYSCALL_VECTOR, entry_INT80_compat);
970 set_bit(IA32_SYSCALL_VECTOR, used_vectors);
971 #endif
972
974 set_system_intr_gate(IA32_SYSCALL_VECTOR, entry_INT80_32);
975 set_bit(IA32_SYSCALL_VECTOR, used_vectors);
976 #endif
977
978 /*
979 * Set the IDT descriptor to a fixed read-only location, so that the
980 * "sidt" instruction will not leak the location of the kernel, and
981 * to defend the IDT against arbitrary memory write vulnerabilities.
982 * It will be reloaded in cpu_init() */ #F00F バグ対策
983 __set_fixmap(FIX_RO_IDT, __pa_symbol(idt_table), PAGE_KERNEL_RO);
984 idt_descr.address = fix_to_virt(FIX_RO_IDT);

IDT の初期化 - F00F バグ *
・ Pentium の一部モデル ( 古いモデル ) に F00F バグが存在 .
　対策 : 本物の IDT を , 読み出し専用で
　　　　　固定マップリニアアドレス FIX_RO_IDT にマッピングし ,
　　　　　このリニアアドレスを指すように idtr レジスタを初期化 .
　　　　　この領域の物理メモリに直接アクセス出来る様にすることで ,
　　　　　当該モデルでハングアップがなくなる .

IDT の初期化 - F00F バグ *
・ Pentium の一部モデルでは F00F バグが存在 .
　 Pentium,Pentium MMX,Pentium オーバードライブプロセッサの ,
　ある世代以前のモデルにある設計上の不具合 .
　 Pentium Pro 以降はこのバグの影響はない .
・問題を起こす機械語バイト列「 F0 0F C7 C8 」の先頭 2byte に由来 .
・「ロックされた CMPXCHG8B インストラクションでの不正なオペランド」
　と Intel は呼んでいる
・「 F0 0F C7 C8 」のニーモニック
　 lock cmpxchg8b eax
・ cmpxchg8b 命令
オペランドとして指定されたアドレスのメモリ上の 8byte 領域を得る .
edx:eax の値とメモリ上の 8byte 値を比較
一致 → Z フラグ =1,ecx:ebx の値を 8byte 領域にストア .
不一致 → Z フラグ =0,8byte データを edx:eax にロード
・ cmpxchg8b のオペランドにレジスタを指定すると「不正命令例外」
　 → 例外ハンドラが呼ばれる .
・ lock プレフィクスをつけると以後のメモリアクセスが抑制される為 ,
　 → 例外ハンドラを実行できず , この段階でハングアップし ,
　一切の命令を実行せず , 割り込みも受け付けなくなってしまう .
・ Linux ではカーネル 2.0.32/2.1.64 以降で対策が取られている .
https://ja.wikipedia.org/wiki/Pentium_F00F_バグ

985
986 /*
987 * Should be a barrier for any external CPU state:
988 */
989 cpu_init();
990
991 /*
992 * X86_TRAP_DB and X86_TRAP_BP have been set
993 * in early_trap_init(). However, ITS works only after
994 * cpu_init() loads TSS. See comments in early_trap_init().
995 */
996 set_intr_gate_ist(X86_TRAP_DB, &debug, DEBUG_STACK);
998 set_system_intr_gate_ist(X86_TRAP_BP, &int3, DEBUG_STACK);
999
1000 x86_init.irqs.trap_init(); #no operation. x86_init_noop()
1001
1003 memcpy(&debug_idt_table, &idt_table, IDT_ENTRIES * 16);
1004 set_nmi_gate(X86_TRAP_DB, &debug);
1005 set_nmi_gate(X86_TRAP_BP, &int3);
1006 #endif
1007 }

・ 2 度目の初期化 (1) - early_irq_init 　割り込みゲートディスクリプタ初期化
start_kernel -> local_irq_disable(), setup_arch(), trap_init(), early_irq_init(), init_IRQ(), local_irq_enable()
[ver 4.9.16 kernel/irq/irqdesc.c:504]
504 struct irq_desc irq_desc[NR_IRQS] __cacheline_aligned_in_smp = {
505 [0 ... NR_IRQS-1] = {
506 .handle_irq = handle_bad_irq,
507 .depth = 1,
508 .lock = __RAW_SPIN_LOCK_UNLOCKED(irq_desc->lock),
509 }
510 };
[ver 4.9.16 include/linux/irqdesc.h:51] 割り込みディスクリプタ struct irq_desc の定義
512 int __init early_irq_init(void)
513 {
514 int count, i, node = first_online_node;
515 struct irq_desc *desc;
517 init_irq_default_affinity();
519 printk(KERN_INFO "NR_IRQS:%dn", NR_IRQS);
521 desc = irq_desc;
522 count = ARRAY_SIZE(irq_desc);
524 for (i = 0; i < count; i++) {
525 desc[i].kstat_irqs = alloc_percpu(unsigned int);
526 alloc_masks(&desc[i], GFP_KERNEL, node);
527 raw_spin_lock_init(&desc[i].lock);
528 lockdep_set_class(&desc[i].lock, &irq_desc_lock_class);
529 desc_set_defaults(i, &desc[i], node, NULL, NULL);
530 }
531 return arch_early_irq_init();
532 }

・ 2 度目の初期化 (2) - init_IRQ BSP のベクタと irq_desc を紐付け
[ver 4.9.16 arch/x86/kernel/irqinit.c:84]
void __init init_IRQ(void)
int i;
for (i = 0; i < nr_legacy_irqs(); i++) #legacy pic(8259A) の IRQ 数分だけ設定
per_cpu(vector_irq, 0)[ISA_IRQ_VECTOR(i)] = irq_to_desc(i); #BSP のベクタと irq_desc を紐付け
x86_init.irqs.intr_init();
}
[ver 4.9.16 arch/x86/include/asm/hw_irq.h:180]
typedef struct irq_desc* vector_irq_t[NR_VECTORS];
DECLARE_PER_CPU(vector_irq_t, vector_irq);
DEFINE_PER_CPU(vector_irq_t, vector_irq) = {
[0 ... NR_VECTORS – 1] = VECTOR_UNUSED,
};
struct irq_desc *irq_to_desc(unsigned int irq)
{
return (irq < NR_IRQS) ? irq_desc + irq : NULL;
}
EXPORT_SYMBOL(irq_to_desc);

・ 2 度目の初期化 (3) - x86_init.irqs.intr_init
init_IRQ -> x86_init.irqs.intr_init() = native_init_IRQ()
167 void __init native_init_IRQ(void)
168 {
169 int i;
172 x86_init.irqs.pre_vector_init(); # デバイス初期化
174 apic_intr_init(); #APIC のベクタ初期化
181 i = FIRST_EXTERNAL_VECTOR; #0x20(32)
182 #ifndef CONFIG_X86_LOCAL_APIC
183 #define first_system_vector NR_VECTORS
184 #endif
# この時点までで設定されていない未使用ベクタのハンドラを設定 ( 通常の割り込みハンドラ設定 )
185 for_each_clear_bit_from(i, used_vectors, first_system_vector) { #first_system_vector: 256 or 0xef
186 /* IA32_SYSCALL_VECTOR could be used in trap_init already. */
187 set_intr_gate(i, irq_entries_start +
188 8 * (i - FIRST_EXTERNAL_VECTOR));
189 }
190 #ifdef CONFIG_X86_LOCAL_APIC
191 for_each_clear_bit_from(i, used_vectors, NR_VECTORS)
192 set_intr_gate(i, spurious_interrupt); # スプリアス割り込みのハンドラを設定
193 #endif
195 if (!acpi_ioapic && !of_ioapic && nr_legacy_irqs())
196 setup_irq(2, &irq2); # IR2 のハンドラを設定
199 irq_ctx_init(smp_processor_id()); #hardirq と softirq を処理する為の CPU 毎のスタックを確保
200 #endif
201 }

・ 2 度目の初期化 (4) - irq_entries_start / common_interrupt
init_IRQ -> x86_init.irqs.intr_init() = native_init_IRQ()
[ver 4.9.16 arch/x86/entry/entry_32.S:603]
603 /*
604 * Build the entry stubs with some assembler magic.
605 * We pack 1 stub into every 8-byte block.
606 */
607 .align 8
608 ENTRY(irq_entries_start)
609 vector=FIRST_EXTERNAL_VECTOR #0x20
610 .rept (FIRST_SYSTEM_VECTOR - FIRST_EXTERNAL_VECTOR)
611 pushl $(~vector+0x80) /* Note: always in signed byte range */
612 vector=vector+1
613 jmp common_interrupt
614 .align 8
615 .endr
616 END(irq_entries_start)
617
618 /*
619 * the CPU automatically disables interrupts when executing an IRQ vector,
620 * so IRQ-flags tracing has to follow that:
621 */
622 .p2align CONFIG_X86_L1_CACHE_SHIFT
623 common_interrupt:
624 ASM_CLAC
625 addl $-0x80, (%esp) /* Adjust vector into the [-256, -1] range */
626 SAVE_ALL
627 TRACE_IRQS_OFF
628 movl %esp, %eax
629 call do_IRQ
630 jmp ret_from_intr
631 ENDPROC(common_interrupt)

・ 2 度目の初期化 (5) - IDT の有効化
start_kernel() [ver 4.9.16 init/main.c:479] BootStrap Processor のみ
-> rest_init() [ver 4.9.16 init/main.c:383]
-> kernel_init スレッド [ver 4.9.16 init/main.c:939]
-> kernel_init_freeable() [ver 4.9.16 init/main.c:986]
-> smp_init() [ver 4.9.16 kernel/smp.c:552] 各 CPU 専用の初期化処理 .
-> cpu_up(cpu) [ver 4.9.16 kernel/cpu.c:1093]
　　 BSP は boot_cpu_init() で CPUHP_ONLINE になる為 ,smp_init 内でのこの関数呼出しは ApplicationProcessor のみ .
-> do_cpu_up( 呼出し引数： cpu, CPUHP_ONLINE) [ver 4.9.16 kernel/cpu.c:1063]
-> _cpu_up( 呼出し引数： cpu, 0, target) [ver 4.9.16 kernel/cpu.c:1005]
-> cpuhp_up_callback( 呼出し引数： cpu, st, CPUHP_BRINGUP_CPU) [ver 4.9.16 kernel/cpu.c:485]
st->state が以下の順で変わっていく
CPUHP_OFFLINE->CPUHP_CREATE_THREADS->CPUHP_PREF_PREPARE
->CPUHP_WORKQUEUE_PREP->CPUHP_HRTIMERS_PREPARE->CPUHP_SMPCFD_PREPARE
->CPUHP_RELAY_PREPARE->CPUHP_SLAB_PREPARE->CPUHP_RCUTREE_PREP
->CPUHP_NOTIFY_PREPARE->CPUHP_BRINGUP_CPU -> …
-> cpuhp_invoke_callback( 呼出し引数： cpu, st->state, true, NULL) [ver 4.9.16 kernel/cpu.c:122]
各 state の startup.single を呼び出す .
cb( 呼出し引数： cpu) [ver 4.9.16 kernel/cpu.c:136]
= bringup_cpu( 呼出し引数： cpu) [ver 4.9.16 kernel/cpu.c:421]
以降は CPUHP_BRINGUP_CPU の場合
-> __cpu_up( 呼出し引数： cpu, tidle) [ver 4.9.16 arch/x86/include/asm/smp.h:93]
-> smp_ops.cpu_up( 呼出し引数： cpu, tidle) [ver 4.9.16 arch/x86/include/asm/smp.h:95]
= native_cpu_up( 呼出し引数： cpu, tidle) [ver 4.9.16 arch/x86/kernel/smpboot.c:1070]
-> do_boot_cpu( 呼出し引数： apicid, cpu, tidle) [ver 4.9.16 arch/x86/kernel/smpboot.c:949]
-> apic->wakeup_secondary_cpu( 呼出し引数： apicid, start_ip) APIC あり
wakeup_cpu_via_init_nmi( 呼出し引数： cpu, start_ip, apicid, &cpu0_nmi_registered) APIC なし
-> startup_32_smp -> start_secondary() 　 [ver 4.9.16 arch/x86/kernel/smpboot.c:213] Application Processor のみ
-> cpu_init() (CONFIG_X86_64) [ver 4.9.16 arch/x86/kernel/cpu/common.c:1470]
cpu_init() (CONFIG_X86_32) [ver 4.9.16 arch/x86/kernel/cpu/common.c:1573]
-> load_current_idt() [ver 4.9.16 arch/x86/include/asm/desc.h:495]
-> switch_to_new_gdt(cpu) [ver 4.9.16 arch/x86/kernel/cpu/common.c:450]

・ 2 度目の初期化 (5) - IDT の有効化
-> load_current_idt() [ver 4.9.16 arch/x86/include/asm/desc.h:495]
-> load_idt(&idt_descr) [ver 4.9.16 arch/x86/include/asm/desc.h:93]
-> switch_to_new_gdt(cpu) [ver 4.9.16 arch/x86/kernel/cpu/common.c:450]
-> load_gdt(&gdt_descr) [ver 4.9.16 arch/x86/include/asm/desc.h:92]
-> native_load_gdt(dtr) [ver 4.9.16 arch/x86/include/asm/desc.h:216]
-> asm volatile(“lgdt %0”::”m” (*dtr));[ver 4.9.16 arch/x86/include/asm/desc.h:218]

4章 Linuxカーネル - 割り込み・例外 5

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

La actualidad más candente (20)

Similar a 4章 Linuxカーネル - 割り込み・例外 5

Similar a 4章 Linuxカーネル - 割り込み・例外 5 (20)

4章 Linuxカーネル - 割り込み・例外 5