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

   1 #include "exception.h"
   2 #include <inttypes.h>
   3 #include "lib.h"
   4 #include "gdt.h"
   5 #include "interrupt.h"
   6 #include "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, but
  16    we don't implement signals.  Instead, we'll make them simply
  17    kill the user process.
  18
  19    Page faults are an exception.  Here they are treated the same
  20    way as other exceptions, but this will need to change to
  21    implement virtual memory.
  22
  23    Refer to [IA32-v3] section 5.14 for a description of each of
  24    these exceptions. */
  25 void
  26 exception_init (void)
  27 {
  28   /* These exceptions can be raised explicitly by a user program,
  29      e.g. via the INT, INT3, INTO, and BOUND instructions.  Thus,
  30      we set DPL==3, meaning that user programs are allowed to
  31      invoke them via these instructions. */
  32   intr_register (3, 3, INTR_ON, kill, "#BP Breakpoint Exception");
  33   intr_register (4, 3, INTR_ON, kill, "#OF Overflow Exception");
  34   intr_register (5, 3, INTR_ON, kill, "#BR BOUND Range Exceeded Exception");
  35
  36   /* These exceptions have DPL==0, preventing user processes from
  37      invoking them via the INT instruction.  They can still be
  38      caused indirectly, e.g. #DE can be caused by dividing by
  39      0.  */
  40   intr_register (0, 0, INTR_ON, kill, "#DE Divide Error");
  41   intr_register (1, 0, INTR_ON, kill, "#DB Debug Exception");
  42   intr_register (6, 0, INTR_ON, kill, "#UD Invalid Opcode Exception");
  43   intr_register (7, 0, INTR_ON, kill, "#NM Device Not Available Exception");
  44   intr_register (11, 0, INTR_ON, kill, "#NP Segment Not Present");
  45   intr_register (12, 0, INTR_ON, kill, "#SS Stack Fault Exception");
  46   intr_register (13, 0, INTR_ON, kill, "#GP General Protection Exception");
  47   intr_register (16, 0, INTR_ON, kill, "#MF x87 FPU Floating-Point Error");
  48   intr_register (19, 0, INTR_ON, kill, "#XF SIMD Floating-Point Exception");
  49
  50   /* Most exceptions can be handled with interrupts turned on.
  51      We need to disable interrupts for page faults because the
  52      fault address is stored in CR2 and needs to be preserved. */
  53   intr_register (14, 0, INTR_OFF, page_fault, "#PF Page-Fault Exception");
  54 }
  55
  56 /* Handler for an exception (probably) caused by a user process. */
  57 static void
  58 kill (struct intr_frame *f)
  59 {
  60   /* This interrupt is one (probably) caused by a user process.
  61      For example, the process might have tried to access unmapped
  62      virtual memory (a page fault).  For now, we simply kill the
  63      user process.  Later, we'll want to handle page faults in
  64      the kernel.  Real Unix-like operating systems pass most
  65      exceptions back to the process via signals, but we don't
  66      implement them. */
  67
  68   /* The interrupt frame's code segment value tells us where the
  69      exception originated. */
  70   switch (f->cs)
  71     {
  72     case SEL_UCSEG:
  73       /* User's code segment, so it's a user exception, as we
  74          expected.  Kill the user process.  */
  75       printk ("%s: dying due to interrupt %#04x (%s).\n",
  76               thread_name (thread_current ()),
  77               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       printk ("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.
 105
 106    At entry, the address that faulted is in CR2 (Control Register
 107    2) and information about the fault, formatted as described in
 108    the PF_* macros above, is in F's error_code member.  The
 109    example code here shows how to parse that information.  You
 110    can find more information about both of these in the
 111    description of "Interrupt 14--Page Fault Exception (#PF)" in
 112    [IA32-v3] section 5.14, which is pages 5-46 to 5-49. */
 113 static void
 114 page_fault (struct intr_frame *f)
 115 {
 116   bool not_present, write, user;
 117   uint32_t fault_addr;
 118
 119   /* Determine cause. */
 120   not_present = (f->error_code & PF_P) == 0;
 121   write = (f->error_code & PF_W) != 0;
 122   user = (f->error_code & PF_U) != 0;
 123
 124   /* Obtain faulting address.
 125
 126      (The faulting address is not necesarily the address of the
 127      instruction that caused the fault--that's in F's eip
 128      member.  Rather, it's the linear address that was accessed
 129      to cause the fault, which is probably an address of data,
 130      not code.) */
 131   asm ("movl %%cr2, %0" : "=r" (fault_addr));
 132
 133   /* To implement virtual memory, delete the rest of the function
 134      body, and replace it with code that brings in the page to
 135      which fault_addr refers. */
 136   printk ("Page fault on address %08"PRIx32": %s %s page in %s context.\n",
 137           fault_addr,
 138           not_present ? "not present" : "rights violation",
 139           write ? "writing" : "reading",
 140           user ? "user" : "kernel");
 141   kill (f);
 142 }
 143