Major revisions to documentation.
[pintos-anon] / src / threads / interrupt.c
index 8173ec11dcc44767c7cd5d02158651e48433eab4..6d3f6bb2e269a909de1cce3cdc8ea9d14ae888b5 100644 (file)
@@ -1,19 +1,22 @@
-#include "interrupt.h"
+#include "threads/interrupt.h"
+#include <debug.h>
 #include <inttypes.h>
 #include <stdint.h>
 #include <inttypes.h>
 #include <stdint.h>
-#include "intr-stubs.h"
-#include "debug.h"
-#include "io.h"
-#include "lib.h"
-#include "mmu.h"
-#include "thread.h"
-#include "timer.h"
+#include <stdio.h>
+#include "threads/flags.h"
+#include "threads/intr-stubs.h"
+#include "threads/io.h"
+#include "threads/thread.h"
+#include "threads/vaddr.h"
+#include "devices/timer.h"
 
 /* Number of x86 interrupts. */
 #define INTR_CNT 256
 
 /* The Interrupt Descriptor Table (IDT).  The format is fixed by
 
 /* Number of x86 interrupts. */
 #define INTR_CNT 256
 
 /* The Interrupt Descriptor Table (IDT).  The format is fixed by
-   the CPU.  See [IA32-v3] sections 5.10, 5.11, 5.12.1.2. */
+   the CPU.  See [IA32-v3a] sections 5.10 "Interrupt Descriptor
+   Table (IDT)", 5.11 "IDT Descriptors", 5.12.1.2 "Flag Usage By
+   Exception- or Interrupt-Handler Procedure". */
 static uint64_t idt[INTR_CNT];
 
 /* Interrupt handler functions for each interrupt. */
 static uint64_t idt[INTR_CNT];
 
 /* Interrupt handler functions for each interrupt. */
@@ -49,8 +52,12 @@ enum intr_level
 intr_get_level (void) 
 {
   uint32_t flags;
 intr_get_level (void) 
 {
   uint32_t flags;
-  
-  asm ("pushfl; popl %0" : "=g" (flags));
+
+  /* Push the flags register on the processor stack, then pop the
+     value off the stack into `flags'.  See [IA32-v2b] "PUSHF"
+     and "POP" and [IA32-v3a] 5.8.1 "Masking Maskable Hardware
+     Interrupts". */
+  asm volatile ("pushfl; popl %0" : "=g" (flags));
 
   return flags & FLAG_IF ? INTR_ON : INTR_OFF;
 }
 
   return flags & FLAG_IF ? INTR_ON : INTR_OFF;
 }
@@ -68,7 +75,14 @@ enum intr_level
 intr_enable (void) 
 {
   enum intr_level old_level = intr_get_level ();
 intr_enable (void) 
 {
   enum intr_level old_level = intr_get_level ();
+  ASSERT (!intr_context ());
+
+  /* Enable interrupts by setting the interrupt flag.
+
+     See [IA32-v2b] "STI" and [IA32-v3a] 5.8.1 "Masking Maskable
+     Hardware Interrupts". */
   asm volatile ("sti");
   asm volatile ("sti");
+
   return old_level;
 }
 
   return old_level;
 }
 
@@ -77,7 +91,12 @@ enum intr_level
 intr_disable (void) 
 {
   enum intr_level old_level = intr_get_level ();
 intr_disable (void) 
 {
   enum intr_level old_level = intr_get_level ();
+
+  /* Disable interrupts by clearing the interrupt flag.
+     See [IA32-v2b] "CLI" and [IA32-v3a] 5.8.1 "Masking Maskable
+     Hardware Interrupts". */
   asm volatile ("cli");
   asm volatile ("cli");
+
   return old_level;
 }
 \f
   return old_level;
 }
 \f
@@ -91,7 +110,13 @@ intr_init (void)
   /* Initialize interrupt controller. */
   pic_init ();
 
   /* Initialize interrupt controller. */
   pic_init ();
 
-  /* Load IDT register. */
+  /* Initialize IDT. */
+  for (i = 0; i < INTR_CNT; i++)
+    idt[i] = make_intr_gate (intr_stubs[i], 0);
+
+  /* Load IDT register.
+     See [IA32-v2a] "LIDT" and [IA32-v3a] 5.10 "Interrupt
+     Descriptor Table (IDT)". */
   idtr_operand = make_idtr_operand (sizeof idt - 1, idt);
   asm volatile ("lidt %0" :: "m" (idtr_operand));
 
   idtr_operand = make_idtr_operand (sizeof idt - 1, idt);
   asm volatile ("lidt %0" :: "m" (idtr_operand));
 
@@ -112,15 +137,44 @@ intr_init (void)
   intr_names[11] = "#NP Segment Not Present";
   intr_names[12] = "#SS Stack Fault Exception";
   intr_names[13] = "#GP General Protection Exception";
   intr_names[11] = "#NP Segment Not Present";
   intr_names[12] = "#SS Stack Fault Exception";
   intr_names[13] = "#GP General Protection Exception";
+  intr_names[14] = "#PF Page-Fault Exception";
   intr_names[16] = "#MF x87 FPU Floating-Point Error";
   intr_names[17] = "#AC Alignment Check Exception";
   intr_names[18] = "#MC Machine-Check Exception";
   intr_names[19] = "#XF SIMD Floating-Point Exception";
 }
 
   intr_names[16] = "#MF x87 FPU Floating-Point Error";
   intr_names[17] = "#AC Alignment Check Exception";
   intr_names[18] = "#MC Machine-Check Exception";
   intr_names[19] = "#XF SIMD Floating-Point Exception";
 }
 
-/* Registers interrupt VEC_NO to invoke HANDLER, which is named
-   NAME for debugging purposes.  The interrupt handler will be
-   invoked with interrupt status set to LEVEL.
+/* Registers interrupt VEC_NO to invoke HANDLER with descriptor
+   privilege level DPL.  Names the interrupt NAME for debugging
+   purposes.  The interrupt handler will be invoked with
+   interrupt status set to LEVEL. */
+static void
+register_handler (uint8_t vec_no, int dpl, enum intr_level level,
+                  intr_handler_func *handler, const char *name)
+{
+  ASSERT (intr_handlers[vec_no] == NULL);
+  if (level == INTR_ON)
+    idt[vec_no] = make_trap_gate (intr_stubs[vec_no], dpl);
+  else
+    idt[vec_no] = make_intr_gate (intr_stubs[vec_no], dpl);
+  intr_handlers[vec_no] = handler;
+  intr_names[vec_no] = name;
+}
+
+/* Registers external interrupt VEC_NO to invoke HANDLER, which
+   is named NAME for debugging purposes.  The handler will
+   execute with interrupts disabled. */
+void
+intr_register_ext (uint8_t vec_no, intr_handler_func *handler,
+                   const char *name) 
+{
+  ASSERT (vec_no >= 0x20 && vec_no <= 0x2f);
+  register_handler (vec_no, 0, INTR_OFF, handler, name);
+}
+
+/* Registers internal interrupt VEC_NO to invoke HANDLER, which
+   is named NAME for debugging purposes.  The interrupt handler
+   will be invoked with interrupt status LEVEL.
 
    The handler will have descriptor privilege level DPL, meaning
    that it can be invoked intentionally when the processor is in
 
    The handler will have descriptor privilege level DPL, meaning
    that it can be invoked intentionally when the processor is in
@@ -128,29 +182,15 @@ intr_init (void)
    user mode to invoke the interrupts and DPL==0 prevents such
    invocation.  Faults and exceptions that occur in user mode
    still cause interrupts with DPL==0 to be invoked.  See
    user mode to invoke the interrupts and DPL==0 prevents such
    invocation.  Faults and exceptions that occur in user mode
    still cause interrupts with DPL==0 to be invoked.  See
-   [IA32-v3] sections 4.5 and 4.8.1.1 for further discussion. */
+   [IA32-v3a] sections 4.5 "Privilege Levels" and 4.8.1.1
+   "Accessing Nonconforming Code Segments" for further
+   discussion. */
 void
 void
-intr_register (uint8_t vec_no, int dpl, enum intr_level level,
-               intr_handler_func *handler,
-               const char *name) 
+intr_register_int (uint8_t vec_no, int dpl, enum intr_level level,
+                   intr_handler_func *handler, const char *name)
 {
 {
-  /* Make sure this handler isn't already registered to someone
-     else. */
-  ASSERT (intr_handlers[vec_no] == NULL);
-
-  /* Interrupts generated by external hardware (0x20 <= VEC_NO <=
-     0x2f) should specify INTR_OFF for LEVEL.  Otherwise a timer
-     interrupt could cause a task switch during interrupt
-     handling.  Most other interrupts can and should be handled
-     with interrupts enabled. */
-  ASSERT (vec_no < 0x20 || vec_no > 0x2f || level == INTR_OFF);
-
-  if (level == INTR_ON)
-    idt[vec_no] = make_trap_gate (intr_stubs[vec_no], dpl);
-  else
-    idt[vec_no] = make_intr_gate (intr_stubs[vec_no], dpl);
-  intr_handlers[vec_no] = handler;
-  intr_names[vec_no] = name;
+  ASSERT (vec_no < 0x20 || vec_no > 0x2f);
+  register_handler (vec_no, dpl, level, handler, name);
 }
 
 /* Returns true during processing of an external interrupt
 }
 
 /* Returns true during processing of an external interrupt
@@ -235,13 +275,15 @@ pic_end_of_interrupt (int irq)
    or lower-numbered ring.  In practice, DPL==3 allows user mode
    to call into the gate and DPL==0 prevents such calls.  Faults
    and exceptions that occur in user mode still cause gates with
    or lower-numbered ring.  In practice, DPL==3 allows user mode
    to call into the gate and DPL==0 prevents such calls.  Faults
    and exceptions that occur in user mode still cause gates with
-   DPL==0 to be invoked.  See [IA32-v3] sections 4.5 and 4.8.1.1
+   DPL==0 to be invoked.  See [IA32-v3a] sections 4.5 "Privilege
+   Levels" and 4.8.1.1 "Accessing Nonconforming Code Segments"
    for further discussion.
 
    TYPE must be either 14 (for an interrupt gate) or 15 (for a
    trap gate).  The difference is that entering an interrupt gate
    disables interrupts, but entering a trap gate does not.  See
    for further discussion.
 
    TYPE must be either 14 (for an interrupt gate) or 15 (for a
    trap gate).  The difference is that entering an interrupt gate
    disables interrupts, but entering a trap gate does not.  See
-   [IA32-v3] section 5.12.1.2 for discussion. */
+   [IA32-v3a] section 5.12.1.2 "Flag Usage By Exception- or
+   Interrupt-Handler Procedure" for discussion. */
 static uint64_t
 make_gate (void (*function) (void), int dpl, int type)
 {
 static uint64_t
 make_gate (void (*function) (void), int dpl, int type)
 {
@@ -291,14 +333,18 @@ make_idtr_operand (uint16_t limit, void *base)
 
 /* Handler for all interrupts, faults, and exceptions.  This
    function is called by the assembly language interrupt stubs in
 
 /* Handler for all interrupts, faults, and exceptions.  This
    function is called by the assembly language interrupt stubs in
-   intr-stubs.S (see intr-stubs.pl).  FRAME describes the
-   interrupt and the interrupted thread's registers. */
+   intr-stubs.S.  FRAME describes the interrupt and the
+   interrupted thread's registers. */
 void
 intr_handler (struct intr_frame *frame) 
 {
   bool external;
   intr_handler_func *handler;
 
 void
 intr_handler (struct intr_frame *frame) 
 {
   bool external;
   intr_handler_func *handler;
 
+  /* External interrupts are special.
+     We only handle one at a time (so interrupts must be off)
+     and they need to be acknowledged on the PIC (see below).
+     An external interrupt handler cannot sleep. */
   external = frame->vec_no >= 0x20 && frame->vec_no < 0x30;
   if (external) 
     {
   external = frame->vec_no >= 0x20 && frame->vec_no < 0x30;
   if (external) 
     {
@@ -338,19 +384,24 @@ intr_handler (struct intr_frame *frame)
 void
 intr_dump_frame (const struct intr_frame *f) 
 {
 void
 intr_dump_frame (const struct intr_frame *f) 
 {
-  uint32_t cr2, ss;
+  uint32_t cr2;
+
+  /* Store current value of CR2 into `cr2'.
+     CR2 is the linear address of the last page fault.
+     See [IA32-v2a] "MOV--Move to/from Control Registers" and
+     [IA32-v3a] 5.14 "Interrupt 14--Page Fault Exception
+     (#PF)". */
   asm ("movl %%cr2, %0" : "=r" (cr2));
   asm ("movl %%cr2, %0" : "=r" (cr2));
-  asm ("movl %%ss, %0" : "=r" (ss));
 
 
-  printk ("Interrupt %#04x (%s) at eip=%p\n",
+  printf ("Interrupt %#04x (%s) at eip=%p\n",
           f->vec_no, intr_names[f->vec_no], f->eip);
           f->vec_no, intr_names[f->vec_no], f->eip);
-  printk (" cr2=%08"PRIx32" error=%08"PRIx32"\n", cr2, f->error_code);
-  printk (" eax=%08"PRIx32" ebx=%08"PRIx32" ecx=%08"PRIx32" edx=%08"PRIx32"\n",
+  printf (" cr2=%08"PRIx32" error=%08"PRIx32"\n", cr2, f->error_code);
+  printf (" eax=%08"PRIx32" ebx=%08"PRIx32" ecx=%08"PRIx32" edx=%08"PRIx32"\n",
           f->eax, f->ebx, f->ecx, f->edx);
           f->eax, f->ebx, f->ecx, f->edx);
-  printk (" esi=%08"PRIx32" edi=%08"PRIx32" esp=%08"PRIx32" ebp=%08"PRIx32"\n",
+  printf (" esi=%08"PRIx32" edi=%08"PRIx32" esp=%08"PRIx32" ebp=%08"PRIx32"\n",
           f->esi, f->edi, (uint32_t) f->esp, f->ebp);
           f->esi, f->edi, (uint32_t) f->esp, f->ebp);
-  printk (" cs=%04"PRIx16" ds=%04"PRIx16" es=%04"PRIx16" ss=%04"PRIx16"\n",
-          f->cs, f->ds, f->es, f->cs != SEL_KCSEG ? f->ss : ss);
+  printf (" cs=%04"PRIx16" ds=%04"PRIx16" es=%04"PRIx16" ss=%04"PRIx16"\n",
+          f->cs, f->ds, f->es, f->ss);
 }
 
 /* Returns the name of interrupt VEC. */
 }
 
 /* Returns the name of interrupt VEC. */