發信人:
Zellux (null), 信區: Software_06
標 題: OSLab之中斷處理
發信站: 日月光華 (2008年08月30日20:15:58 星期六), 站內信件
1. 準備工作
在開始分析Support Code之前，先配置下我們的Source Insight，使它能夠支持.s文件的搜索。
在Options->Document Options->Document Types中選擇x86 Asm Source File，在File fileter中增加一個*.s，變成*.asm;*.inc;*.s 然后在Project->Add and Remove
Project Files中重新將整個oslab的目錄加入，這樣以后進行文本搜索時.s文件也不會漏掉了。
2. Source Insight使用
接下來簡單分析下內核啟動的過程，在瀏覽代碼的過程中可以迅速的掌握Source Insight的使用技巧。
lib/multiboot /multiboot.s完成了初始化工作，可以看到其中一句call
EXT(multiboot_main)調用了C函數multiboot_main，使用ctrl+/搜索包含multiboot_main的所有文件，最終base_multiboot_main.c中找到了它的定義。依次進行cpu、內存的初
始化，然后開啟中斷，跳轉到kernel_main函數，也是Lab1中所要改寫的函數之一。另外
在這里可以通過ctrl+單擊或者ctrl+=跳轉到相應的函數定義處，很方便。
3. irq處理初始化工作
來看下Lab 1的重點之一，irq的處理。跟蹤multiboot_main->base_cpu_setup->base_cp
u_init->base_irq_init，可以看到這行代碼
gate_init(base_idt, base_irq_inittab, KERNEL_CS);
繼續使用ctrl+/找到base_irq_inittab的藏身之處：base_irq_inittab.s
4. base_irq_inittab.s
這個匯編文件做了不少重復性工作，方便我們在c語言級別實現各種handler。
GATE_INITTAB_BEGIN(base_irq_inittab) /* irq處理函數表的起始，還記得jump
table 嗎？ */
MASTER(0, 0) /* irq0 對應的函數 */
來看看這個MASTER(0, 0)宏展開后是什么樣子：
#define MASTER(irq, num) \
GATE_ENTRY(BASE_IRQ_MASTER_BASE + (num), 0f, ACC_PL_K|ACC_INTR_GATE) ;\
P2ALIGN(TEXT_ALIGN) ;\
0: ;\
pushl $(irq) /* error code = irq vector */ ;\
pushl $BASE_IRQ_MASTER_BASE + (num) /* trap number */ ;\
pusha /* save general registers */ ;\
movl $(irq),%ecx /* irq vector number */ ;\
movb $1 << num,%dl /* pic mask for this irq */ ;\
jmp master_ints
依次push irq號，trap號（0x20+irq號），通用寄存器（eax ecx等）入棧，把irq號保
存到ecx寄存器，然后跳轉到master_ints，master_ints是所有master interrupts公用
的代碼。
跳過master_ints的前幾行，從第七行開始
/* Acknowledge the interrupt */
movb $0x20,%al
outb %al,$0x20
/* Save the rest of the standard trap frame (oskit/x86/base_trap.h). */
pushl %ds
pushl %es
pushl %fs
pushl %gs
/* Load the kernel's segment registers. */
movw %ss,%dx
movw %dx,%ds
movw %dx,%es
/* Increment the hardware interrupt nesting counter */
incb EXT(base_irq_nest)
/* Load the handler vector */
movl EXT(base_irq_handlers)(,%ecx,4),%esi
注釋寫得很詳細，首先發送0x20到0x20端口，也就是Lab1文檔上所說的發送INT_CTL_DON
E到INT_CTL_REG，看來這一步support code已經替我們完成了。接下來保存四個段寄存
器ds es fs gs，并讀入kernel態的段寄存器信息。
最后一句很關鍵，把base_irq_handlers + %ecx * 4這個值保存到了esi寄存器中，%ecx
中保存了irq號，而*4則是一個函數指針的大小，那么base_irq_handlers是什么呢？繼
續用ctrl+/搜索，可以在base_irq.c中找到這個數組的定義
unsigned int (*base_irq_handlers[BASE_IRQ_COUNT])(struct trap_state *ts)
且初始時這個數組的每一項都是base_irq_default_handler
看來這句匯編代碼的功能是把處理irq對應的函數地址保存到了esi寄存器中。
為了證實這一點，繼續看base_irq_inittab.s的代碼：
#else
/* Call the interrupt handler with the trap frame as a parameter */
pushl %esp
call *%esi
popl %edx
#endif
果然，在保存了esp值后，緊接著就調用了esi指向的那個函數。而從那個函數返回后，
之前在棧上保存的相關信息都被恢復了：
/* blah blah blah */
/* Return from the interrupt */
popl %gs
popl %fs
popl %es
popl %ds
popa
addl $4*2,%esp /* Pop trap number and error code */
iret
這樣就恢復到了進入這個irq處理單元前的狀態，文檔中所要求的保存通用寄存器這一步
其實在這里也已經完成了，不需要我們自己寫代碼。
好了，這樣一分析后，我們要做的事情就很簡單，就是把base_irq_handlers數組中的對
應項改成相應的handler函數就行了。
注意index是相應的idt_entry號減去BASE_IRQ_SLAVE_BASE，或者直接使用IRQ號。
另外這個數組的初始值都是base_irq_default_handler，用ctrl+左鍵跳到這個函數的定
義，可以看到這個函數只有一句簡單的輸出語句：
printf("Unexpected interrupt %d\n", ts->err);
而這就是沒有注冊handler前我們所看到的那句Unexpected interrupt 0的來源了。
5. struct trap_state *ts
所有的handler函數的參數都是一個struct trap_state *ts，這個參數是哪來的呢？
注意call *%esi的前一行
/* Call the interrupt handler with the trap frame as a parameter */
pushl %esp
這里把當前的esp當作指向ts的指針傳給了handler，列一下從esp指向的地址開始的內容
，也就是在此之前push入棧的內容：
pushl $(irq) /* error code = irq vector */ ;\
pushl $BASE_IRQ_MASTER_BASE + (num) /* trap number */ ;\
pusha /* save general registers */ ;\
pushl %ds
pushl %es
pushl %fs
pushl %gs
再看一下trap_state的定義，你會發現正好和push的順序相反：
/* Saved segment registers */
unsigned int gs;
unsigned int fs;
unsigned int es;
unsigned int ds;
/* PUSHA register state frame */
unsigned int edi;
unsigned int esi;
unsigned int ebp;
unsigned int cr2; /* we save cr2 over esp for page faults */
unsigned int ebx;
unsigned int edx;
unsigned int ecx;
unsigned int eax;
/* Processor trap number, 0-31. */
unsigned int trapno;
/* Error code pushed by the processor, 0 if none. */
unsigned int err;
而這個定義后面的
/* Processor state frame */
unsigned int eip;
unsigned int cs;
unsigned int eflags;
unsigned int esp;
unsigned int ss;
則是發生interrupt時硬件自動push的五個數據（參見Understand the Linux Kernel）
也就是說，ts指針指向的是調用當前handler前的寄存器狀態，也是當前handler結束后
用來恢復的寄存器狀態，了解這一點對以后的幾個lab幫助很大。
p.s. 另外提一句和這個lab無關的話，非vm86模式下棧上是不會有v86_es等四個寄存器
信息的，所以以后根據task_struct指針計算*ts的地址時使用的偏移量不應該是sizeof(
struct trap_state)
6. The End
這樣差不多就把support code中處理interrupt的方法過了一遍（另外還有base_trap_in
ittab.s，不過和irq的處理很相似）
了解這些后Lab1就比較簡單了，不需要任何內嵌匯編代碼即可完成。