异常、中断与系统调用
概述
linux里面，有这样一些机制
- 中断（interrupt）：异步，由外设或软件等触发
- 异常（exception）：异步，往往由执行某些错误的指令，如缺页，除0等
- 系统调用（syscall）：同步，程序通过一些指令主动进入，如int 0x80等
中断可能是由用户态进入，也可能是由内核态进入
但是系统调用一定是由用户态进入
中断
当触发一次中断时，cpu将根据不同架构做出不同的压栈操作
i386
CPU先将当前EFLAGS寄存器内容压栈，当前的CS：IP压栈（就是返回地址），如果中断是由异常引起的，还要有一个出错代码压栈。
如果需要改变特权级别，还需要更换堆栈，根据DPL中的数字，选择TSS中的对应的SS：ESP内容放入当前的SS：ESP寄存器中，此时，还需要将原来的堆栈指针压入新堆栈
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| +--------------+ SP_TOP
| SS | 用户态的堆栈
| ESP |
+--------------+
| EFLAGS | 当前的状态信息
| CS | 返回地址 这两个是硬件自动压入的
| EIP |
+--------------+
| ERRORCODE | 错误码（异常） 如果是异常的话，会有这个
+--------------+
|
然后是通用的中断处理，SAVE_ALL，保存现场，也就是内核中的pt_regs，在内核栈的栈底
DS和ES原来的内容被保存在栈中，其寄存器内容被切换为KERNEL_DS和KERNEL_ES，以标识他们进入了内核态
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| +--------------+ SP_Button
| SS | 用户态的堆栈
| ESP |
+--------------+
| EFLAGS | 当前的状态信息
| CS | 返回地址 这两个是硬件自动压入的
| EIP |
+--------------+
| 中断号-256 | 中断号 -256的意思是区分中断和系统调用（orig_eax）
+--------------+
| ES |
| DS |
| EAX |
| EBP |
| EDI |
| ESI |
| EDX |
| ECX |
| EBX |
+--------------+ ss:esp 系统堆栈指针SP_TOP
|
再将ret_from_intr的地址放入栈中，模拟压入了一个返回地址，然后调用do_IRQ，之后从do_IRQ返回时，将ret_from_intr的地址放入CS：EIP，就到了中断的恢复现场部分
这个do_IRQ的参数是一个pt_regs数据结构，而不是指针
因为进行函数调用时，会先将函数参数从右至左压栈，然后调用call指令，call指令会将当前指令的下一条指令放入栈中，作为函数返回地址
此时到了新函数中，首先会push ebp，将上一个函数的栈帧保存在栈中，然后更新新函数的栈帧mov ebp esp，此时ebp指向新函数栈帧的栈底，esp和ebp一样，然后新函数的参数是ebp+xxx来获取
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| +-------------+
| param n-1 |
| param n-2 |
| ...... |
| param 1 |
+-------------+
| return addr |
+-------------+
| ebp | 旧函数的ebp
+-------------+
| | ebp esp 新函数的栈
| |
+-------------+
|
异常
i386
异常比起中断来，orig_eax存放的是异常的错误号，而不是中断号
以缺页异常来说
系统触发缺页之后，在异常向量表里面找到缺页的项，那一项跳转到对应的汇编代码
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| ENTRY(page_fault)
pushl $SYMBOL_NAME(do_page_fault)
jmp error_code
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首先将缺页处理的函数地址压栈，然后使用jmp进行跳转，jmp不会压栈返回值
error_code是异常的通用处理代码
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| error_code:
pushl %ds # 压栈ds
pushl %eax # 压栈eax
xorl %eax, %eax # eax清零
pushl %ebp # 压栈ebp
pushl %edi # 压栈edi
pushl %esi # 压栈esi
pushl %edx # 压栈edx
decl %eax # eax = -1 因为 0 - 1 = -1
pushl %ecx # 压栈ecx
pushl %ebx # 压栈ebx
cld # 方向向下
movl %es, %ecx # 当前的es保存到ecx中
movl ORIG_EAX(%esp), %esi # 拿出orig_eax，放入到esi中
movl ES(%esp), %edi # pt_regs中保存的ES，do_page_fault，放在edi里面
movl %eax, ORIG_EAX(%esp) # eax，也就是-1，放在orig_eax地方
movl %ecx, ES(%esp) # 将ecx里面的内容，放在堆栈ES的位置，也就是当前的es寄存器的值
movl %esp, %edx # esp放在edx里面
pushl %esi # 压栈esi，esi当前是出错代码
pushl %edx # 压栈edx，edx当前是esp，也就是pt_regs
movl $(__KERNEL_DS), %edx # edx里面放的是内核数据段了
movl %edx, %ds # edx放在ds寄存器里
movl %edx, %es # edx放在es寄存器里
GET_CURRENT(%ebx) # ebx放task_struct指针
call *%edi # 调用edi地方的函数 do_page_fault
addl $8, %esp # 栈顶减8，
jmp ret_from_exception # 跳转到异常尾声
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注意上面，对比SAVE_ALL，没有先压栈es寄存器，那么，其作为pt_regs的时候，es的位置放的是什么呢？
还记得跳转到error_code之前，先压栈了do_page_fault的地址么？他就相当于es的位置，然后通过movl ES(%esp), %edi这一句，将do_page_fault的地址放在了edi里面，然后将前面eax算的-1放在orig_eax里面。
异常尾声
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| ret_from_exception:
#ifdef CONFIG_SMP
GET_CURRENT(%ebx)
movl processor(%ebx), %eax
shll $CONFIG_X86_L1_CACHE_SHIFT, %eax
movl SYMBOL_NAME(irq_stat)(,%eax),%ecx # softirq_active
testl SYMBOL_NAME(irq_stat)+4(,%eax), %ecx #softirq_mask
#else
movl SYMBOL_NAME(irq_stat), %ecx # softirq_active
testl SYMBOL_NAME(irq_stat)+4, %ecx # softirq_mask
#endif
jne handle_softirq
ENTRY(ret_from_intr)
GET_CURRENT(%ebx)
movl EFLAGS(%esp), %eax
movb CS(%esp), %al
testl $(VM_MASK | 3), %eax
jne ret_with_reschedule
jmp restore_all
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系统调用
i386
指令
在i386中，通过int 0x80进入系统调用
参数传递
系统调用号：eax
最多五个参数通过寄存器传递
ebx：第一个参数ecx：第二个参数edx：第三个参数esi：第四个参数edi：第五个参数
返回值：eax
x86_64
指令
在x86_64中，通过syscall指令进入系统调用
参数传递
系统调用号：rax
最多六个参数通过寄存器传递
rdi：第一个参数rsi：第二个参数rdx：第三个参数rcx：第四个参数r8：第五个参数r9：第六个参数
返回值：rax
arm64
指令
在arm64中，通过svc指令进入系统调用
参数传递
系统调用号：x8
最多六个参数通过寄存器传递
x0：第一个参数x1：第二个参数x2：第三个参数x3：第四个参数x4：第五个参数x5：第六个参数
返回值：x0