NetBSD-6.0.1のソースコードリーディング。

1. NetBSD/i386 割り込みベクタテーブル
スタート低レイヤー #4 リベンジの変 #start_printf
@kusabanachi

2. 前回のあらすじ

3. 前回のあらすじ
libcのputcharで、gdbで逆アセンブル表示
Dm fasmlrcd o ucinwie
upo sebe oefrfnto rt:
= xbf00<0: o $x,ex
>0ba98 +> mv 04%a
xbf05<5: it 08
0ba98 +> n $x0
..
.
write関数で int $0x80 を呼んでいた
＝＞
int $0x80 の先はどこだろうか？

4. IDTの0x80番を見る
イメージ図

5. 前回のあらすじ
IA32 マニュアルによると
INT n 命令は、割り込みベクタ番号n のハンドラをコールする命令

6. 前回のあらすじ
0x80番の割り込みハンドラコール = システムコールの入口
(ユーザーモードからカーネルモードへの移動)
と予想
割り込みベクタテーブルのソースを見れば何か分かりそう
→ 割り込みベクタテーブルの場所、見つかりませんでした！
（前回終）

7. i386の割り込みベクタテーブル
前回、ソースコードをgrepしても手掛かりが見つけられなかったので、
CPUのマニュアルを見てみます

8. i386の割り込みベクタテーブル
IA-32 インテル ® アーキテクチャ ソフトウェア・デベロッパーズ・マニュア
ル 下巻 にそれっぽい内容
IA-32 システムレベルのレジスタおよびデータ構造

9. i386の割り込みベクタテーブル
関連する箇所だけ、ざっくり抜粋するとこんな感じ

10. i386の割り込みベクタテーブル
マニュアルの 2.1.4.割り込み / 例外処理 より
外部割り込み、ソフトウェア割り込み、例外は、割り込みディスクリプ
タ・テーブル (IDT)を通じて処理される。
IDT には、割り込みハンドラと例外ハンドラへのアクセスを提供するゲー
ト・ディスクリプタが集められている。
...
IDT のベースのリニアアドレスは、IDT レジスタ(IDTR)に入っている。
＝＞ つまり、、、
IDTがi386の割り込みベクタテーブルのようだ
IDTはゲート・ディスクリプタの集まり
ゲート・ディスクリプタがハンドラへのアクセスを提供する
IDTの場所はIDTRに書いてある

11. i386の割り込みベクタテーブル
IDTRには LIDT命令で値を入れる
＝＞ LIDT命令を使っている場所を探せば、IDTが見つかりそう

12. LIDT命令を探す

13. LIDT命令を探す
i386のディレクトリ下に以下のLIDT命令を呼び出す関数の定義が見つかりま
す (以降、lidt関数と呼ぶ)
src/sys/arch/i386/i386/cpufunc.S 68
ETYld)
NR(it
m v 4 % s ) e x * 第一引数をe x
ol (ep,%a /
a に入れる /
*
ld (ex *ex
i t % a ) / a の参照先をI T へ /
DR *
r t * 戻る /
e /
*
EDld)
N(it
上記lidt関数の呼び出し元で見つかるのは、src/sys/arch/i386/i386/machdep.c
内の
1140行 cpu_init_idt() の中
1696行 cpu_reset() の中
システムの起動時とリセット時にIDTを設定しているようだ

14. LIDT命令を探す
本当にlidt関数がシステム起動時に呼ばれているか、
スタート低レイヤーのWikiページの
backtraceを調べるコードを真似て確認しました
lidtの名前でダミーの関数を作り、呼出し元の情報を得る
vi itsrc eindsrpo rgo)
odld(tutrgo_ecitr*ein
{
src 36fae*rm;
tuti8_rm fae
/ it
/ l d 関数の呼出し元を調べる
amvltl(mv %b,%":"r fae)
s oaie"ol%ep 0 ="(rm);
ld_ead1=fae>_ead;
itrtdr rm­frtdr
fae=fae>_rm;
rm rm­ffae
ld_ead2=fae>_ead;
itrtdr rm­frtdr
fae=fae>_rm;
rm rm­ffae
ld_ead3=fae>_ead;
itrtdr rm­frtdr
/ it
/ l d 関数が呼び出された回数も調べてみる
+ld_on;
+itcut
/
/ 本来のl d 関数を呼ぶ i t l にリネームしてある）
it
（l d _ l
ld_lrgo)
itl(ein;
}

15. LIDT命令を探す
ビルドしたカーネルを起動して、ddbを使って、システム起動時に取得して
いるはずの値を見る
lidt_countの値より、lidt関数は1度だけ呼ばれている
lidt_retaddr1-3 の値より呼出し元のアドレスが分かる
begin -> init386 -> cpu_init_idt -> lidt の順でcallされている
（$ objdump -S --start-address 0xc05a4000 kernel_file でアドレスから対応する関数を調べる）

16. LIDT命令を探す
システムの起動時にIDTを設定していることと、その関数が確認できました
lidt関数の呼出し元を追い、IDTの中身を見ます

17. IDTの内容を見る
begin -> init386 -> cpu_init_idt -> lidt の中の
" init386 -> cpu_init_idt " の間で、IDTの設定に関係ある箇所を見ます

18. IDTの内容を見る (cpu_init_idt内)
lidt関数から遡って見ていきます
src/sys/arch/i386/i386/machdep.c 1135
vi p_ntitvi)
odcuii_d(od
{
#fdfXN
ine E
src eindsrpo ein
tutrgo_ecitrrgo;
stein&ein etu_d,ND iefit0)­1;
ergo(rgo,pnimit IT*szo(d[] )
ld(rgo)
it&ein;
#le/ E /
es *XN*
..
.
/
/ こっちは今回追わない
#ni *!E /
edf/ XN*
}
struct region_descriptor のポインタが lidt関数の引数

19. IDTの内容を見る (cpu_init_idt内)
src/sys/arch/i386/include/segments.h 177
src eindsrpo
tutrgo_ecitr{
usge dlmt1; / emn xet*
nindr_ii:6 *sgetetn /
usge dbs:2 / aeades /
nindr_ae3; *bs drs *
}_pce;
_akd
lidt関数の引数の構造体
CPUマニュアルより、IDTRに入る値
16bitのリミットは、IDTのバイト数 - 1
32bitのベースは、IDT先頭のリニアアドレス（仮想アドレス）
lidt関数の引数は、IDTRに書き込む値の形式になっている

20. IDTの内容を見る (cpu_init_idt内)
src/sys/arch/i386/i386/machdep.c 1135 （さっき見た関数）
vi p_ntitvi)
odcuii_d(od
{
#fdfXN
ine E
src eindsrpo ein
tutrgo_ecitrrgo;
stein&ein etu_d,ND iefit0)­1;
ergo(rgo,pnimit IT*szo(d[] )
ld(rgo)
it&ein;
#le/ E /
es *XN*
..
.
#ni *!E /
edf/ XN*
}
src/sys/arch/i386/i386/machdep.c 1096
vi
od
steinsrc eindsrpo r,vi bs,sz_ ii)
ergo(tutrgo_ecitr*d od*ae ietlmt
{
r­r_ii itlmt
d>dlmt=(n)ii;
r­r_ae=(n)ae
d>dbs itbs;
}
setregion は2つの引数を、IDTRに書き込む構造体に代入するだけ
limit値 = NIDT * sizeof(idt[0]) - 1; // IDTのサイズ-1
base値 = pentium_idt; // pentium_idt が IDT先頭のアドレス

21. IDTの内容を見る (init386内)
cpu_init_idt() の呼出し元の init386() を見る
src/sys/arch/i386/i386/machdep.c 1497
vi
od
ii36pdrtfrtaal
nt8(ad_ is_vi)
{
..
.
pa_etrp(d_ad,itpdr MPO_EDV_RTWIE )
mpkne_aitvdr d_ad,V_RTRA|MPO_RT,0;
pa_paepa_enl);
mpudt(mpkre()
mme(vi )d_ad,0 AESZ)
est(od*itvdr ,PG_IE;
#fdfXN
ine E
itii(;
d_nt)
it=(tutgt_ecitr*itvdr
d src aedsrpo )d_ad;
pa_etrp(etu_d_ad,itpdr MPO_ED )
mpkne_apnimitvdr d_ad,V_RTRA,0;
pa_paepa_enl);
mpudt(mpkre()
pnimit=(no ecitr*pnimitvdr
etu_d uindsrpo )etu_d_ad;
..
.
pmapに関連する関数が呼ばれている

22. IDTの内容を見る (init386内)
pa_etrp(d_ad,itpdr MPO_EDV_RTWIE )
mpkne_aitvdr d_ad,V_RTRA|MPO_RT,0;
pa_paepa_enl);
mpudt(mpkre()
PMAP(9) より 意訳
-- 仮想メモリシステムのマシン依存部
void pmap_kenter_pa
(vaddr_t va, paddr_t pa, vm_prot_t prot, u_int flags)
物理アドレス pa を仮想アドレス va に prot の保護属性で"unmanaged" マッピ
ングする。
void pmap_update(pmap_t pmap)
pmap モジュールに、正しい物理マッピングが必要なタイミングを通知す
る。
これにより、全ての遅延されていた仮想-to-物理マッピングは更新される。

23. IDTの内容を見る (init386内 "unmanaged" マッピングとは)
引き続き PMAP(9) より 意訳
pmapモジュールは仮想記憶のページ毎の変更/参照の情報を記録する
この情報はページデーモンがページをスキャンした際に使う
参照情報は、ページが再配置対象か否か
変更情報は、ページを記憶装置に書き戻す必要があるか
"unmanaged" マッピングのページは、変更/参照の情報の記録対象外
"unmanaged" マッピングの使用は限定されるべき
割り込みコンテキストの中での使用
仮想記憶システムで管理しない物理アドレスのマッピング
"unmanaged" マッピングはカーネルの仮想アドレスにのみマッピング可
つまり、pmap_kenter_pa は、IDTを配置するメモリのために
再配置の対象から外れるページをマッピングしているようだ

24. IDTの内容を見る (init386内)
src/sys/arch/i386/i386/machdep.c 1497 （もう一度戻って）
..
.
vdrtitvdr
ad_ d_ad;
pdrtitpdr
ad_ d_ad;
..
.
vi
od
ii36pdrtfrtaal
nt8(ad_ is_vi)
{
..
.
pa_etrp(d_ad,itpdr MPO_EDV_RTWIE )
mpkne_aitvdr d_ad,V_RTRA|MPO_RT,0;
/ d _ a d ( i t a ） i t p d r p y i a ) を
/ i t v d r v r u l と d _ a d ( h s c l マッピング
/ e d r t 属性
/RaWie
pa_paepa_enl);
mpudt(mpkre()
/
/ 遅延されたマッピングを更新する
mme(vi )d_ad,0 AESZ)
est(od*itvdr ,PG_IE;
/
/ マップしたページはゼロクリアする
..
.
マッピングされるidt_vaddrとidt_paddrは、
それぞれ、仮想メモリと物理メモリの
利用できるメモリページのアドレスが入っている変数

25. IDTの内容を見る (init386内)
src/sys/arch/i386/i386/machdep.c 1501
vi
od
ii36pdrtfrtaal
nt8(ad_ is_vi)
{
..
.
/
/ 前ページの続き
itii(;
d_nt)
/
/ この関数の中身は空
it=(tutgt_ecitr*itvdr
d src aedsrpo )d_ad;
/
/ さっきマッピングしたアドレスを（キャストして）i t
d 変数に割り当てる
pa_etrp(etu_d_ad,itpdr MPO_ED )
mpkne_apnimitvdr d_ad,V_RTRA,0;
/
/ さっきマッピングした物理アドレス d _ a d ( h s c l
i t p d r p y i a ) を、再度マッピング
/
/ 今度はR a O l 属性
edny
pa_paepa_enl);
mpudt(mpkre()
/
/ 遅延されたマッピングを更新する
pnimit=(no ecitr*pnimitvdr
etu_d uindsrpo )etu_d_ad;
/
/ マッピングしたアドレスを（キャストして）
/ it
/ l d 関数の呼出しでI T
D のベースとして扱われる変数に割り当てる
..
.
IDT中身の設定はReadWrite属性のメモリページから行い、
IDTRにはReadOnly属性のメモリページのアドレスを書いている

26. IDTの内容を見る (init386内)
src/sys/arch/i386/i386/machdep.c 1537
vi
od
ii36pdrtfrtaal
nt8(ad_ is_vi)
{
..
.
/ xetos*
*ecpin /
fr( ;x<3;x+
o x=0 2 +){
itvcrsrex;
d_e_eev()
stae&d[] DVCecpin)x,0 D_Y36G,
egt(itx,ITE(xetos[] ,STSS8IT
( =3| =4 E_P E_P,
x= |x= )?SLUL:SLKL
GE(CD_E,SLKL)
SLGOESL E_P);
}
/ ~ 2 番の例外
/↑03
/ e­tl nerp aefrssal /
*nwsyeitrutgt o ycls*
itvcrsre18;
d_e_eev(2)
stae&d[2] ITE(ycl) ,STSS8IT E_P,
egt(it18,&DVCssal,0 D_Y36G,SLUL
GE(CD_E,SLKL)
SLGOESL E_P);
/ ↑ 1 8 → これが x 0 !
/ 2 番
08 !
itvcrsre0d)
d_e_eev(x2;
stae&d[x2,&DVCsr_atrp,0 D_Y36G,
egt(it0d] ITE(v4fsta) ,STSS8IT
SLUL SLGOESL E_P);
E_P,GE(CD_E,SLKL)
/↑0d番
/ x2
..
.
c u i i _ d ( ; / ← I T にI T
p _ n t i t ) / D R D のアドレスを書く
idt_vec_reserve(ベクタ番号) → setgate() の流れ

27. IDTの0x80番を見る
idt_vec_reserve(0x80) → setgate() を見ます

28. IDTの0x80番を見る
idt_vec_reserve() を見ます
itvcrsre18;
d_e_eev(2)
stae&d[2] ITE(ycl) ,STSS8IT E_P,
egt(it18,&DVCssal,0 D_Y36G,SLUL
GE(CD_E,SLKL)
SLGOESL E_P);
src/sys/arch/x86/x86/idt.c 105
vi
od
itvcrsreitvc
d_e_eev(n e)
{
itrsl;
n eut
KSETmtxond&p_ok |!poln)
ASR(ue_we(culc)| m_nie;
/
/ ↑ 現在のL P
W またはC U u e を保持している
P がm t x
/ または
/
マルチプロセッサでない（m _ n i e が a s ）ので排他不要
poln fle
rsl d_e_lo(e,vc;
eut=itvcalcvc e)
/
/ ↑ ベクタ番号を引数にa l c
l o を呼ぶ
i rsl =vc
f(eut! e){
pnc"s aldt eev e d,_fn_,vc;
ai(%:fie orsrevc%" _uc_ e)
}
}

29. IDTの0x80番を見る
src/sys/arch/x86/x86/idt.c 83
/
*
* 与えられた範囲内で、I T
D ベクタを1
スロット割り当てる.
* 初期ブート時のシングルスレッドでなければ、c u
p のロックが行われる.
/
*
it
n
itvcalcitlw n ih
d_e_lo(n o,ithg)
{
itvc
n e;
KSETmtxond&p_ok |!poln)
ASR(ue_we(culc)| m_nie;
fr(e o;vc< ih e+){
o vc=lw e =hg;vc+
i italca[e]= ){
f(d_lompvc =0
/ d_e_re)
* i t v c f e ( はロックしないかもしれないので, m m a する. *
ebr
/
mma_yc)
ebrsn(;
italca[e]=1
d_lompvc ;
/ d _ l o m p v c でスロットの割り当てを管理して、
/↑italca[e]
/ 二重の割当てを避ける
/
rtr e;
eunvc
/
/ ↑ 割り当てたベクタ番号を返す
}
}
rtr ;
eun0
}

30. IDTの0x80番を見る
setgate() を見ます
itvcrsre18;
d_e_eev(2)
stae&d[2] ITE(ycl) ,STSS8IT E_P,
egt(it18,&DVCssal,0 D_Y36G,SLUL
GE(CD_E,SLKL)
SLGOESL E_P);
src/sys/arch/x86/x86/idt.c 1082
vi
od
staesrc aedsrpo g,vi fn,itag,ittp,itdl
egt(tutgt_ecitr*d od*uc n rs n ye n p,
itsl
n e)
{
/
/ 第一引数のi t
d のスロット（ゲート）の構造体に値を入れていく
g­g_ofst=(n)uc
d>dlofe itfn;
g­g_eetr=sl
d>dslco e;
g­g_tcy=ag;
d>dskp rs
g­g_x=0
d>dx ;
g­g_ye=tp;
d>dtp ye
g­g_p p;
d>ddl=dl
g­g_ ;
d>dp=1
g­g_ifst=(n)uc> 6
d>dhofe itfn >1;
}
src/sys/arch/i386/include/segments.h 229
#eieSTSS8IT 1 / ytm36itrutgt /
dfn D_Y36G 4 *sse 8 nerp ae*
type は 14 (interrupt gate) が指定されている

31. IDTの0x80番を見る
CPUマニュアルより、IDTのゲートは3タイプあり、
type 14(0x1110) の割り込みゲートが 0x80番のベクタには使われている

32. IDTの0x80番を見る
itvcrsre18;
d_e_eev(2)
stae&d[2] ITE(ycl) ,STSS8IT E_P,
egt(it18,&DVCssal,0 D_Y36G,SLUL
GE(CD_E,SLKL)
SLGOESL E_P);
src/sys/arch/i386/i386/machdep.c 1121
#eieITE(ae _CNA(,nm)
dfn DVCnm) _OCTX ae
&IDTVEC(syscall) は &Xsyscall
src/sys/arch/i386/include/segments.h 98
#eieSLUL 3 / srpiieelvl*
dfn E_P *ue rvlg ee /
SEL_UPL はユーザー特権レベル
src/sys/arch/i386/include/segments.h 93,109,304
#eieGE(,) (()< )|r / lblslco /
dfn SLsr (s <3 ) *agoa eetr*
#eieGOESL 1 / enlcd ecitr*
dfn CD_E *Kre oedsrpo /
#eieSLKL 0 / enlpiieelvl*
dfn E_P *kre rvlg ee /
GSEL(GCODE_SEL, SEL_KPL)) はセグメント・セレクタ（次ページで説明）
カーネルのコードセグメントに、カーネル特権レベルを指定してアクセスす
る

33. IDTの0x80番を見る (セグメントについて)
i386ではメモリがセグメントと呼ばれる複数のアドレス空間に割り当てられ
ていて、
セグメントとセグメント内のオフセットを指定してメモリアクセスすること
ができる。
セグメントのアドレスやアクセス権などはGDT（グローバル・ディスクリ
プタ・テーブル）が持っている
セグメント・セレクタはGDTのインデックス。セグメントの指定に使う
セグメント・セレクタの 3ビット以降がGDTのインデックスを示す。0-1ビ
ットはセグメントで要求される特権レベル

34. IDTの0x80番を見る
セグメント指定のメモリアクセス

35. IDTの0x80番を見る (セグメントについて)
GDTもIDTと同様に初期化を行うが、
GDTの初期化に関係するコードは今回詳しく見ません
src/sys/arch/i386/i386/machdep.c 1158
/ aegtgtsadmmr emns*
*mk d ae n eoysget /
stemn(gtGOESL.d ,0fff D_EEA E_P,1 )
esget&d[CD_E]s,0 xff,STMMR,SLKL ,1;
/↑
/ カーネルのコードセグメントのセット。ベースアドレス 。リミット G y e
0
4Bt
stemn(gtGAASL.d ,0fff D_ERA E_P,1 )
esget&d[DT_E]s,0 xff,STMMW,SLKL ,1;
/↑
/ カーネルのデータセグメントのセット。ベースアドレス 。リミット G y e
0
4Bt
セグメントのベースがゼロなので、
アクセス先のアドレスとセグメントの先頭からのオフセットは同じ値

36. IDTの0x80番を見る
仮想アドレス空間全体をセグメントにしている

37. IDTの0x80番を見る
itvcrsre18;
d_e_eev(2)
stae&d[2] ITE(ycl) ,STSS8IT E_P,
egt(it18,&DVCssal,0 D_Y36G,SLUL
GE(CD_E,SLKL)
SLGOESL E_P);
src/sys/arch/x86/x86/idt.c 1082 （再度確認）
vi
od
staesrc aedsrpo g,vi fn,itag,ittp,itdl
egt(tutgt_ecitr*d od*uc n rs n ye n p,
itsl
n e)
{
g­g_ofst=(n)uc
d>dlofe itfn;
/
/ セグメント内の下位1 b t
6 i オフセット: X y c l
s s a l の下位アドレス
g­g_eetr=sl
d>dslco e;
/
/ セグメント・セレクタ: カーネルのコードセグメント
g­g_tcy=ag;
d>dskp rs
/
/ 移動前のスタックから移動後のスタックにコピーするデータサイズ: 0
が入る
g­g_x=0
d>dx ;
/
/ 使用されない3 i
bt
g­g_ye=tp;
d>dtp ye
/
/ ゲートのタイプ: 割り込みゲート
g­g_p p;
d>ddl=dl
/
/ 特権レベル: ユーザー特権レベル
g­g_ ;
d>dp=1
/
/ このゲートが存在することを示すフラグ
g­g_ifst=(n)uc> 6
d>dhofe itfn >1;
/
/ セグメント内の上位1 b t
6 i オフセット: X y c l の上位アドレス
ssal
}

38. IDTの0x80番を見る
0x80番の設定を見たので、戻ります
src/sys/arch/i386/i386/machdep.c 1537
vi
od
ii36pdrtfrtaal
nt8(ad_ is_vi)
{
..
.
/ xetos*
*ecpin /
fr( ;x<3;x+
o x=0 2 +){
itvcrsrex;
d_e_eev()
stae&d[] DVCecpin)x,0 D_Y36G,
egt(itx,ITE(xetos[] ,STSS8IT
( =3| =4 E_P E_P,
x= |x= )?SLUL:SLKL
GE(CD_E,SLKL)
SLGOESL E_P);
}
/ e­tl nerp aefrssal /
*nwsyeitrutgt o ycls*
itvcrsre18;
d_e_eev(2)
stae&d[2] ITE(ycl) ,STSS8IT E_P,
egt(it18,&DVCssal,0 D_Y36G,SLUL
GE(CD_E,SLKL)
SLGOESL E_P);
itvcrsre0d)
d_e_eev(x2;
stae&d[x2,&DVCsr_atrp,0 D_Y36G,
egt(it0d] ITE(v4fsta) ,STSS8IT
SLUL SLGOESL E_P);
E_P,GE(CD_E,SLKL)
/
/ ↑ ここまでI T ~ 2
D の0 3 番、0 8 番、0 d 番のゲートを設定
x0
x2
..
.
cuii_d(;
p_ntit)
/
/ ↑ この中で設定したI T
D の先頭アドレスとリミットをI T に書き込む
DR

39. まとめ

40. まとめ
システム起動時のIDT設定 1
IDTに使うページをマップする

41. まとめ
システム起動時のIDT設定 2
IDTのベクタの割り当て・設定

42. まとめ
システム起動時のIDT設定 3
IDTRへの書き込み

43. まとめ
アプリ実行時

44. まとめ
libc内の int 0x80 から Xsyscall が呼ばれるしくみを見ました