Interrupt

c4fiber·2023년 12월 25일

pintos

SW사관학교 정글7기

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pintOS를 공부하면서 Interrupt에 대해 작성해봤다.

인터럽트의 privilege

DPL: Descriptor Privilege Level (2bit)

인텔에서는 주로 Ring 0, Ring 3 두 가지를 사용한다.
중심에 가까워질 수록 권한이 강해진다.

-> 시스템 콜을 호출할 때 Ring 0에 진입한다 라고 생각하면 편함.

인터럽트 호출시점

inter_entry 가 수행되면 현재 레지스터 상태를 실행중인 스레드의 스택에 저장하고 interrupt_handler 를 호출한다.

interrupt_handler가 수행완료되면 레지스터 상태를 돌려놓고, iretq 를 호출한다.

assembly - what's the difference between iret and iretd,iretq? - Stack Overflow

threads/loader.h

.section .text
.func intr_entry
intr_entry:
	/* Save caller's registers. */
	subq $16,%rsp
	movw %ds,8(%rsp)
	movw %es,0(%rsp)
	subq $120,%rsp
	movq %rax,112(%rsp)
	movq %rbx,104(%rsp)
	movq %rcx,96(%rsp)
	movq %rdx,88(%rsp)
	movq %rbp,80(%rsp)
	movq %rdi,72(%rsp)
	movq %rsi,64(%rsp)
	movq %r8,56(%rsp)
	movq %r9,48(%rsp)
	movq %r10,40(%rsp)
	movq %r11,32(%rsp)
	movq %r12,24(%rsp)
	movq %r13,16(%rsp)
	movq %r14,8(%rsp)
	movq %r15,0(%rsp)
	cld			/* String instructions go upward. */
	movq $SEL_KDSEG, %rax
	movw %ax, %ds
	movw %ax, %es
	movw %ax, %ss
	movw %ax, %fs
	movw %ax, %gs
	movq %rsp,%rdi
	call intr_handler
	movq 0(%rsp), %r15
	movq 8(%rsp), %r14
	movq 16(%rsp), %r13
	movq 24(%rsp), %r12
	movq 32(%rsp), %r11
	movq 40(%rsp), %r10
	movq 48(%rsp), %r9
	movq 56(%rsp), %r8
	movq 64(%rsp), %rsi
	movq 72(%rsp), %rdi
	movq 80(%rsp), %rbp
	movq 88(%rsp), %rdx
	movq 96(%rsp), %rcx
	movq 104(%rsp), %rbx
	movq 112(%rsp), %rax
	addq $120, %rsp
	movw 8(%rsp), %ds
	movw (%rsp), %es
	addq $32, %rsp
	iretq
.endfunc

인터럽트 발생 시 스택의 상태

그림에서는 Subroutine call이라고 명명하였으나 실제 사용하는 키워드는 아니다.
- 다만 interrupt 발생 시에 특정 함수를 호출하는 듯한 지정된 루틴이 존재하므로 이를 표현하기 위해 사용했다.
member of struct intr_frame 은 틀렸다. 실제로는 struct gp_registers의 멤버 이다.

assembly: STI, CLI (x86)

STI: Set Interrupt Flag
CLI: Clear Interrupt Flag

https://modoocode.com/en/inst/sti

인터럽트 플래그가 set되어 있다 -> 외부 인터럽트가 발생했을 때 루틴을 처리할 수 있다.

The IF flag and the STI and CLI instructions do not prohibit the generation of exceptions and NMI interrupts. NMI interrupts (and SMIs) may be blocked for one macroinstruction following an STI.

NMI: Non-Maskable Interrupt

https://en.wikipedia.org/wiki/Non-maskable_interrupt

주로 응답속도가 중요하거나, interrupt가 비활성화 되지 않아야 할때 사용된다.

복구가 불가능한 hardware 에러가 발생했을 경우
system debugging, profiling 도중에
시스템 초기화 등 특별한 경우를 다루고 있을 때

최근에는 즉시 집중해야하는 (immediate attention) non-recoverable error를 다룰때 사용된다.

pintos 외부 인터럽트 번호

timer: 32 (0x20)
keyboard: 33 (0x21)
serial: 36 (0x24)

disk:
43 : read
44: write

channel 0: 46 -> interrupt_handler 호출
channel 1: 47 -> interrupt_handler 호출

용어 정리

IRQ: Interrupt Request Interrupt request - Wikipedia

잠시 실행중인 프로그램을 멈추고 특수한 프로그램, Interrupt handler, 를 수행하도록 하는 요청
하드웨어 신호 (hardware signal)를 processor로 보내서 발생시킨다.
하드웨어 인터럽트는 주로 모뎀, 네트워크 인터페이스, 키보드 누름, 마우스 움직임 등에 의해 발생한다.
인터럽트 대응은 주로 IRQ의 number에 대응하는 index값으로 결정된다. -> IVT, IDT로 이어진다.
예를들어 Intel 8259 PIC는 IRQ0 ~ IRQ7에 대응하는 8개의 interrupt input이 있다.
- 각 pin의 입력을 1bit라고 생각하면 자연스럽게 256가지의 경우가 나온다. (IVT의 크기)

IVT: Interrupt Vector Table Interrupt vector table - Wikipedia