pintos-os.org Git - pintos-anon/blob - src/userprog/exception.c

   1 #include "userprog/exception.h"
   2 #include <inttypes.h>
   3 #include <stdio.h>
   4 #include "userprog/gdt.h"
   5 #include "threads/interrupt.h"
   6 #include "threads/thread.h"
   7
   8 /* Number of page faults processed. */
   9 static long long page_fault_cnt;
  10
  11 static void kill (struct intr_frame *);
  12 static void page_fault (struct intr_frame *);
  13
  14 /* Registers handlers for interrupts that can be caused by user
  15    programs.
  16
  17    In a real Unix-like OS, most of these interrupts would be
  18    passed along to the user process in the form of signals, as
  19    described in [SV-386] 3-24 and 3-25, but we don't implement
  20    signals.  Instead, we'll make them simply kill the user
  21    process.
  22
  23    Page faults are an exception.  Here they are treated the same
  24    way as other exceptions, but this will need to change to
  25    implement virtual memory.
  26
  27    Refer to [IA32-v3] section 5.14 for a description of each of
  28    these exceptions. */
  29 void
  30 exception_init (void)
  31 {
  32   /* These exceptions can be raised explicitly by a user program,
  33      e.g. via the INT, INT3, INTO, and BOUND instructions.  Thus,
  34      we set DPL==3, meaning that user programs are allowed to
  35      invoke them via these instructions. */
  36   intr_register (3, 3, INTR_ON, kill, "#BP Breakpoint Exception");
  37   intr_register (4, 3, INTR_ON, kill, "#OF Overflow Exception");
  38   intr_register (5, 3, INTR_ON, kill, "#BR BOUND Range Exceeded Exception");
  39
  40   /* These exceptions have DPL==0, preventing user processes from
  41      invoking them via the INT instruction.  They can still be
  42      caused indirectly, e.g. #DE can be caused by dividing by
  43      0.  */
  44   intr_register (0, 0, INTR_ON, kill, "#DE Divide Error");
  45   intr_register (1, 0, INTR_ON, kill, "#DB Debug Exception");
  46   intr_register (6, 0, INTR_ON, kill, "#UD Invalid Opcode Exception");
  47   intr_register (7, 0, INTR_ON, kill, "#NM Device Not Available Exception");
  48   intr_register (11, 0, INTR_ON, kill, "#NP Segment Not Present");
  49   intr_register (12, 0, INTR_ON, kill, "#SS Stack Fault Exception");
  50   intr_register (13, 0, INTR_ON, kill, "#GP General Protection Exception");
  51   intr_register (16, 0, INTR_ON, kill, "#MF x87 FPU Floating-Point Error");
  52   intr_register (19, 0, INTR_ON, kill, "#XF SIMD Floating-Point Exception");
  53
  54   /* Most exceptions can be handled with interrupts turned on.
  55      We need to disable interrupts for page faults because the
  56      fault address is stored in CR2 and needs to be preserved. */
  57   intr_register (14, 0, INTR_OFF, page_fault, "#PF Page-Fault Exception");
  58 }
  59
  60 /* Prints exception statistics. */
  61 void
  62 exception_print_stats (void)
  63 {
  64   printf ("Exception: %lld page faults\n", page_fault_cnt);
  65 }
  66
  67 /* Handler for an exception (probably) caused by a user process. */
  68 static void
  69 kill (struct intr_frame *f)
  70 {
  71   /* This interrupt is one (probably) caused by a user process.
  72      For example, the process might have tried to access unmapped
  73      virtual memory (a page fault).  For now, we simply kill the
  74      user process.  Later, we'll want to handle page faults in
  75      the kernel.  Real Unix-like operating systems pass most
  76      exceptions back to the process via signals, but we don't
  77      implement them. */
  78
  79   /* The interrupt frame's code segment value tells us where the
  80      exception originated. */
  81   switch (f->cs)
  82     {
  83     case SEL_UCSEG:
  84       /* User's code segment, so it's a user exception, as we
  85          expected.  Kill the user process.  */
  86       printf ("%s: dying due to interrupt %#04x (%s).\n",
  87               thread_name (), f->vec_no, intr_name (f->vec_no));
  88       intr_dump_frame (f);
  89       thread_exit ();
  90
  91     case SEL_KCSEG:
  92       /* Kernel's code segment, which indicates a kernel bug.
  93          Kernel code shouldn't throw exceptions.  (Page faults
  94          may cause kernel exceptions--but they shouldn't arrive
  95          here.)  Panic the kernel to make the point.  */
  96       intr_dump_frame (f);
  97       PANIC ("Kernel bug - unexpected interrupt in kernel");
  98
  99     default:
 100       /* Some other code segment?  Shouldn't happen.  Panic the
 101          kernel. */
 102       printf ("Interrupt %#04x (%s) in unknown segment %04x\n",
 103              f->vec_no, intr_name (f->vec_no), f->cs);
 104       thread_exit ();
 105     }
 106 }
 107
 108 /* Page fault error code bits that describe the cause of the exception.  */
 109 #define PF_P 0x1    /* 0: not-present page. 1: access rights violation. */
 110 #define PF_W 0x2    /* 0: read, 1: write. */
 111 #define PF_U 0x4    /* 0: kernel, 1: user process. */
 112
 113 /* Page fault handler.  This is a skeleton that must be filled in
 114    to implement virtual memory.  Some solutions to project 2 may
 115    also require modifying this code.
 116
 117    At entry, the address that faulted is in CR2 (Control Register
 118    2) and information about the fault, formatted as described in
 119    the PF_* macros above, is in F's error_code member.  The
 120    example code here shows how to parse that information.  You
 121    can find more information about both of these in the
 122    description of "Interrupt 14--Page Fault Exception (#PF)" in
 123    [IA32-v3] section 5.14, which is pages 5-46 to 5-49. */
 124 static void
 125 page_fault (struct intr_frame *f)
 126 {
 127   bool not_present;  /* True: not-present page, false: writing r/o page. */
 128   bool write;        /* True: access was write, false: access was read. */
 129   bool user;         /* True: access by user, false: access by kernel. */
 130   void *fault_addr;  /* Fault address. */
 131
 132   /* Obtain faulting address, the virtual address that was
 133      accessed to cause the fault.  It may point to code or to
 134      data.  It is not necessarily the address of the instruction
 135      that caused the fault (that's f->eip).
 136      See [IA32-v2a] "MOV--Move to/from Control Registers" and
 137      [IA32-v3] 5.14 "Interrupt 14--Page Fault Exception
 138      (#PF)". */
 139   asm ("mov %0, %%cr2" : "=r" (fault_addr));
 140
 141   /* Turn interrupts back on (they were only off so that we could
 142      be assured of reading CR2 before it changed). */
 143   intr_enable ();
 144
 145   /* Count page faults. */
 146   page_fault_cnt++;
 147
 148   /* Determine cause. */
 149   not_present = (f->error_code & PF_P) == 0;
 150   write = (f->error_code & PF_W) != 0;
 151   user = (f->error_code & PF_U) != 0;
 152
 153   /* To implement virtual memory, delete the rest of the function
 154      body, and replace it with code that brings in the page to
 155      which fault_addr refers. */
 156   printf ("Page fault at %p: %s error %s page in %s context.\n",
 157           fault_addr,
 158           not_present ? "not present" : "rights violation",
 159           write ? "writing" : "reading",
 160           user ? "user" : "kernel");
 161   kill (f);
 162 }
 163