CPU подсистема: концептуальная модель

Состав и ответственность

CPU подсистема отвечает за:

Обработку прерываний и исключений — IDT, обработчики.
Исключения ранней загрузки — пока ядро ещё не полностью инициализировано.
TLB Shootdown — межпроцессорное прерывание для синхронизации TLB.
Local APIC — программируемый контроллер прерываний.

CPU Subsystem
┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│                      CPU Core #0                        │
│                                                         │
│  ┌──────────────┐        ┌─────────────────────────┐    │
│  │    LAPIC     │        │         IDT              │    │
│  │              │        │                         │    │
│  │  ICR ────────┼────────► 0: #DE (Divide Error)   │    │
│  │  EOI         │        │ 1: #DB (Debug)          │    │
│  │  (timer)     │        │ ...                      │    │
│  │              │        │ 8: #DF (Double Fault)   │    │
│  │              │        │ 13: #GP (GPF)           │    │
│  │              │        │ 14: #PF (Page Fault)    │    │
│  │              │        │ ...                      │    │
│  │              │        │ 0xFD: TLB Shootdown     │    │
│  └──────────────┘        └─────────────────────────┘    │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘

Модули

Файл	Компонент	Функция
`idt.rs`	IDT структуры	Определение IdtEntry, IdtPtr, InterruptDescriptorTable
`interrupts.rs`	Обработчики	Early handlers, Page Fault, Double Fault, GPF, TLB shootdown
`lapic.rs`	Local APIC	Инициализация LAPIC, EOI, broadcast IPI

Порядок инициализации

kmain()
  │
  ├── cpu::interrupts::init_early_exceptions()
  │   └── IDT для векторов 0-31 + TLB shootdown (0xFD)
  │
  ├── ... (PMM, LAPIC, Page tables) ...
  │
  ├── cpu::interrupts::init_idt()
  │   └── Перезагрузка IDT с полными обработчиками
  │
  ├── STI (разрешение прерываний)
  │
  └── ... (работа с прерываниями)

Обработка исключений: два этапа

Этап 1: Early (до VMM)

На раннем этапе загрузки (до настройки page tables и heap) ядро не может обрабатывать сложные исключения. Для векторов 0-31 устанавливаются early_handler_N, которые:

Пушат вектор и (возможно) dummy error code.
Переходят в early_common.
Сохраняют все регистры.
Вызывают rust_early_exception_handler(vector, error_code).
Паникуют (HALT).

Этап 2: Полный (после VMM)

После инициализации VMM три критических исключения получают полноценные обработчики:

Page Fault (#PF, вектор 14): попытка обработать (COW, lazy).
Double Fault (#DF, вектор 8): HALT с сообщением.
General Protection Fault (#GPF, вектор 13): HALT с сообщением.
TLB Shootdown (вектор 0xFD): межпроцессорный TLB сброс.

TLB Shootdown: модель

При изменении page tables на одном ядре, TLB других ядер устаревает. Протокол:

CPU 0 (инициатор)                    CPU 1 (мишень)
      │                                    │
      ├── local_tlb_flush_asid()           │
      ├── SHOOTDOWN_LOCK.lock()            │
      ├── SHOOTDOWN_ASID = asid            │
      ├── SHOOTDOWN_ACK = 0                │
      ├── LAPIC: broadcast IPI             │
      │   (вектор TLB_SHOOTDOWN_VECTOR) ───►  прерывание!
      │                                    ├── handle_tlb_shootdown_ipi()
      │                                    ├── local_tlb_flush_asid()
      │                                    ├── SHOOTDOWN_ACK |= 1 << core
      │                                    ├── LAPIC::send_eoi()
      │                                    └── iretq
      │                                    │
      ├── spin_loop() ◄────────────────────┤
      │   (ждёт ACK от всех ядер)          │
      ├── SHOOTDOWN_LOCK.unlock()          │
      └── continue                         │

5.5 KiB Raw Permalink Blame History Unescape Escape