当 CPL=3 时发生硬件中断时，仅设置写入位的 x86-64 页面错误的原因是什么

Question

我正在编写我自己的kernel，使用Rust（Loosely基于Phil-Opp的博客， Z5E05E05E56C500A1C4B6AA.71B6AA ）用户模式应用程序代码和数据，将裸function映射到虚拟地址0x40000000000，设置堆栈并跳转到代码。 我还有一个使用 syscall/sysret 工作的系统调用处理程序，它在遇到系统调用时简单地打印一条消息。 我注意到，无论何时发生 PIC 定时器中断，它总是在 CPL=0 时发生，因为系统调用处理程序的代码比用户模式应用程序长很多倍，用户模式应用程序只是在无限循环中进行系统调用。 如果我禁用打印（需要大多数指令），在循环的几百次迭代之后，当 CPL=3 时发生定时器中断。 但是，CPU 没有调用中断处理程序，而是抛出一个错误代码为 2 的页面错误（仅对应于写入位设置）。 在我看来，这没有任何意义，问题可能是什么？

GDT：

static ref GDT: (gdt::GlobalDescriptorTable, Selectors) = {
    let mut gdt = gdt::GlobalDescriptorTable::new();
    let kernel_code_selector = gdt.add_entry(gdt::Descriptor::kernel_code_segment());
    let kernel_data_selector = gdt.add_entry(gdt::Descriptor::kernel_data_segment());
    let tss_selector = gdt.add_entry(gdt::Descriptor::tss_segment(&TSS));
    let user_data_selector = gdt.add_entry(gdt::Descriptor::user_data_segment());
    let user_code_selector = gdt.add_entry(gdt::Descriptor::user_code_segment());
    (gdt, Selectors { kernel_code_selector, kernel_data_selector, tss_selector, user_code_selector, user_data_selector })
    };

身份证：

const DOUBLE_FAULT_IST_INDEX: u16 = 0;
let mut IDT: idt::InterruptDescriptorTable = idt::InterruptDescriptorTable::new();
IDT.breakpoint.set_handler_fn(interrupts::breakpoint::breakpoint_handler);
IDT.double_fault.set_handler_fn(interrupts::double_fault::double_fault_handler).set_stack_index(DOUBLE_FAULT_IST_INDEX);
IDT.page_fault.set_handler_fn(interrupts::page_fault::page_fault_handler);
IDT.general_protection_fault.set_handler_fn(interrupts::general_protection_fault::general_protection_fault_handler);
IDT.stack_segment_fault.set_handler_fn(interrupts::stack_segment_fault::stack_segment_fault_handler);
IDT.segment_not_present.set_handler_fn(interrupts::segment_not_present::segment_not_present_handler);
IDT.invalid_tss.set_handler_fn(interrupts::invalid_tss::invalid_tss_handler);
IDT.debug.set_handler_fn(interrupts::debug::debug_handler);
IDT[interrupts::HardwareInterrupt::Timer.as_usize()].set_handler_fn(interrupts::timer::timer_handler);
IDT.load();

技术支持：

let mut tss = tss::TaskStateSegment::new();
    tss.interrupt_stack_table[DOUBLE_FAULT_IST_INDEX as usize] = {
        const STACK_SIZE: usize = 4096 * 5;
        static mut STACK: [u8; STACK_SIZE] = [0; STACK_SIZE];
        let stack_start = x86_64::VirtAddr::from_ptr(unsafe { &STACK });
        let stack_end = stack_start + STACK_SIZE;
        stack_end
    };

定时器中断处理程序：

pub extern "x86-interrupt" fn timer_handler(_stack_frame: idt::InterruptStackFrame) {
    print!(".");
    cpu::pic_end_of_interrupt(0x20);
}

用户空间应用程序：

#[naked]
#[no_mangle]
#[allow(named_asm_labels)]
pub unsafe fn userspace_app_1() {
    asm!("\
        push 0
        prog1start:
        mov rax, 1234h
        pop rdi
        inc rdi
        push rdi
        mov rsi, 3
        mov rdx, 4
        mov r8, 5
        syscall
        jmp prog1start
    ", options(noreturn));
}

QEMU 中断日志：

     7: v=20 e=0000 i=0 cpl=3 IP=0033:0000040000000066 pc=0000040000000066 SP=002b:0000060000000ff8 env->regs[R_EAX]=00000000515ca11a
RAX=0000000000001234 RBX=0000000000006062 RCX=0000040000000066 RDX=0000000000000004
RSI=0000000000000003 RDI=00000000001e91c5 RBP=0000008040201000 RSP=0000060000000ff8
R8 =0000000000000005 R9 =0000060000000f78 R10=0000000000203080 R11=0000000000000206
R12=0000000100000000 R13=0000000000005fea R14=0000018000000000 R15=0000000000006692
RIP=0000040000000066 RFL=00000206 [-----P-] CPL=3 II=0 A20=1 SMM=0 HLT=0
ES =0000 0000000000000000 ffffffff 00cf1300
CS =0033 0000000000000000 ffffffff 00a0fb00 DPL=3 CS64 [-RA]
SS =002b 0000000000000000 ffffffff 00c0f300 DPL=3 DS   [-WA]
DS =002b 0000000000000000 ffffffff 00cff300 DPL=3 DS   [-WA]
FS =0000 0000000000000000 0000ffff 00009300 DPL=0 DS   [-WA]
GS =0000 0000000000000000 0000ffff 00009300 DPL=0 DS   [-WA]
LDT=0000 0000000000000000 0000ffff 00008200 DPL=0 LDT
TR =0018 0000000000276014 00000067 00008900 DPL=0 TSS64-avl
GDT=     0000000000276090 00000037
IDT=     000000000026dd80 00000fff
CR0=80010011 CR2=0000000000000000 CR3=00000000002b4018 CR4=00000020
DR0=0000000000000000 DR1=0000000000000000 DR2=0000000000000000 DR3=0000000000000000 
DR6=00000000ffff0ff0 DR7=0000000000000400
CCS=0000000000000004 CCD=0000060000000fa8 CCO=EFLAGS
EFER=0000000000000d01
check_exception old: 0xffffffff new 0xe
     8: v=0e e=0002 i=0 cpl=3 IP=0033:0000040000000066 pc=0000040000000066 SP=002b:0000060000000ff8 CR2=fffffffffffffff8
RAX=0000000000001234 RBX=0000000000006062 RCX=0000040000000066 RDX=0000000000000004
RSI=0000000000000003 RDI=00000000001e91c5 RBP=0000008040201000 RSP=0000060000000ff8
R8 =0000000000000005 R9 =0000060000000f78 R10=0000000000203080 R11=0000000000000206
R12=0000000100000000 R13=0000000000005fea R14=0000018000000000 R15=0000000000006692
RIP=0000040000000066 RFL=00000206 [-----P-] CPL=3 II=0 A20=1 SMM=0 HLT=0
ES =0000 0000000000000000 ffffffff 00cf1300
CS =0033 0000000000000000 ffffffff 00a0fb00 DPL=3 CS64 [-RA]
SS =002b 0000000000000000 ffffffff 00c0f300 DPL=3 DS   [-WA]
DS =002b 0000000000000000 ffffffff 00cff300 DPL=3 DS   [-WA]
FS =0000 0000000000000000 0000ffff 00009300 DPL=0 DS   [-WA]
GS =0000 0000000000000000 0000ffff 00009300 DPL=0 DS   [-WA]
LDT=0000 0000000000000000 0000ffff 00008200 DPL=0 LDT
TR =0018 0000000000276014 00000067 00008900 DPL=0 TSS64-avl
GDT=     0000000000276090 00000037
IDT=     000000000026dd80 00000fff
CR0=80010011 CR2=fffffffffffffff8 CR3=00000000002b4018 CR4=00000020
DR0=0000000000000000 DR1=0000000000000000 DR2=0000000000000000 DR3=0000000000000000 
DR6=00000000ffff0ff0 DR7=0000000000000400
CCS=0000000000000004 CCD=0000060000000fa8 CCO=EFLAGS
EFER=0000000000000d01

Answer 1

我已经解决了这个问题，正如@sj95126 所建议的那样，问题出在我的 TSS 上，它只为双重故障处理程序设置了 IST 条目（回顾过去是有道理的，因为以前在用户模式下发生的任何中断或异常都会导致一个双重错误。因为据我所知，CPU 不知道要激活哪个堆栈），我已经通过将 IST 位设置为每个中断处理程序的 TSS 偏移来修复它。 现在我的代码完美无缺。

身份证：

IDT.breakpoint.set_handler_fn(interrupts::breakpoint::breakpoint_handler).set_stack_index(INTERRUPT_IST_INDEX);
IDT.double_fault.set_handler_fn(interrupts::double_fault::double_fault_handler).set_stack_index(INTERRUPT_IST_INDEX);
IDT.page_fault.set_handler_fn(interrupts::page_fault::page_fault_handler).set_stack_index(INTERRUPT_IST_INDEX);
IDT.general_protection_fault.set_handler_fn(interrupts::general_protection_fault::general_protection_fault_handler).set_stack_index(INTERRUPT_IST_INDEX);
IDT.stack_segment_fault.set_handler_fn(interrupts::stack_segment_fault::stack_segment_fault_handler).set_stack_index(INTERRUPT_IST_INDEX);
IDT.segment_not_present.set_handler_fn(interrupts::segment_not_present::segment_not_present_handler).set_stack_index(INTERRUPT_IST_INDEX);
IDT.debug.set_handler_fn(interrupts::debug::debug_handler).set_stack_index(INTERRUPT_IST_INDEX);
IDT[interrupts::HardwareInterrupt::Timer.as_usize()].set_handler_fn(interrupts::timer::timer_handler).set_stack_index(INTERRUPT_IST_INDEX);
IDT.load();

Answer 2

我自己不得不艰难地学习这一点。 紧随其后的是第二版和第三版的大杂烩，而不是第一版，但基本思想是相同的。