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