irq-x86: irq stack allocation

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Author: freelancer-leon

kernel/irq_x86-64.md

@@ -97,6 +97,73 @@ struct irq_stack {
   2. 软件保存被中断进程的通用目的寄存器在当前进程栈，然后清除 GPRs 的内容
   3. 软件将栈切换到预设好的 per-CPU 的中断栈，栈的地址由 per-CPU 变量来记录，类似`moveq PER_CPU_VAR(irq_stack_ptr), %rsp`
 
+### 中断栈的分配和初始化
+```cpp
+start_kernel()
+-> init_IRQ()
+   -> irq_init_percpu_irqstack(smp_processor_id())
+      -> map_irq_stack()
+   // arch/x86/kernel/x86_init.c
+   -> x86_init.irqs.intr_init()
+   // arch/x86/kernel/irqinit.c
+   => native_init_IRQ()
+      -> idt_setup_apic_and_irq_gates()
+```
+* arch/x86/kernel/irq_64.c
+```c
+DEFINE_PER_CPU_PAGE_ALIGNED(struct irq_stack, irq_stack_backing_store) __visible;
+DECLARE_INIT_PER_CPU(irq_stack_backing_store);
+...
+#ifdef CONFIG_VMAP_STACK
+...
+#else
+static int map_irq_stack(unsigned int cpu)
+{
+    void *va = per_cpu_ptr(&irq_stack_backing_store, cpu);
+
+    per_cpu(hardirq_stack_ptr, cpu) = va + IRQ_STACK_SIZE;
+    return 0;
+}
+#endif
+```
+* 因此`hardirq_stack_ptr`指向的是栈顶（高地址）
+
+### 切换中断栈
+* v5.4
+```cpp
+irq_entries_start
+   jmp common_interrupt
+      call interrupt_entry
+         ENTER_IRQ_STACK old_rsp=%rdi save_ret=1
+            movq    \old_rsp, PER_CPU_VAR(irq_stack_backing_store + IRQ_STACK_SIZE - 8)
+            movq    PER_CPU_VAR(hardirq_stack_ptr), %rsp
+```
+* v6.0
+```cpp
+irq_entries_start
+   jmp asm_common_interrupt
+      call common_interrupt
+           -> irqentry_state_t state = irqentry_enter(regs);
+              u32 vector = (u32)(u8)error_code;
+              run_irq_on_irqstack_cond(__##func, regs, vector)
+                 call_on_irqstack_cond(func, regs, ASM_CALL_IRQ, IRQ_CONSTRAINTS, regs, vector);
+                    call_on_irqstack(func, asm_call, constr);
+                       call_on_stack(__this_cpu_read(hardirq_stack_ptr), func, asm_call, argconstr)
+                          register void *tos asm("r11");
+                          tos = ((void *)(stack));
+                          "movq   %%rsp, (%[tos])             \n"
+                          "movq   %[tos], %%rsp               \n"
+                          asm_call
+                          => __common_interrupt()
+           -> irqentry_exit(regs, state)
+```
+* 在这个 commit 后中断栈的使用发生了一些变化，
+  * [[patch V2 00_13] x86_irq_64 Inline irq stack switching](https://lore.kernel.org/all/[email protected]/)
+  * [x86/entry: Convert system vectors to irq stack macro](https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux.git/commit/?id=569dd8b4eb7ef666b467c41b8e8e4f2820d07f67)
+  * 对于用户程序被中断或者已经有中断正在 per-CPU 的中断栈上被处理的情况，直接调用`__common_interrupt()`
+    * 中断的是用户程序，用的应该是 trampoline stack
+    * 已经有中断正在  per-CPU 中断栈上被处理，则使用 *当前内核栈*
+
 ## 异常栈
 * 对于无需进行 privilege-level 变化的情况，比如异常发生时 CPU 运行在内核态
   1. CPU 依然会将被中断进程的`ss`、`rsp`、`rflags`、`cs`、`rip`、`error code`等压入 *当前内核栈*
@@ -239,7 +306,7 @@ start_kernel()
 -> trap_init()
    -> cpu_init_exception_handling() /* Initialize TSS before setting up traps so ISTs work */
 ```
-* 通过以下方式设定 PerCPU 的 `cpu_tss_rw` 的 `x86_tss.ist[]` 数组元素的值，指示的不同类型的 IST 异常的栈顶（高地址）
+* 通过以下方式设定 per-CPU 的 `cpu_tss_rw` 的 `x86_tss.ist[]` 数组元素的值，指示的不同类型的 IST 异常的栈顶（高地址）
 ```cpp
 static inline void tss_setup_ist(struct tss_struct *tss)
 {
@@ -340,7 +407,7 @@ struct entry_stack_page {
 } __aligned(PAGE_SIZE);
 ```
 ### Trampoline stack 的设置
-* Trampoline stack 的值由启动时`cpu_init()`调用`load_sp0()`设置 TSS 的`sp0`为`entry_stack_storage`的地址
+* Trampoline stack 的值由启动时`cpu_init()`调用`load_sp0()`设置 TSS 的`sp0`为`entry_stack_storage + PAGE_SIZE`的地址，也就是栈顶（高地址）
   * arch/x86/kernel/cpu/common.c
 ```cpp
 void cpu_init(void)
@@ -538,7 +605,7 @@ PAGE DIRECTORY: 4201067
 ffd4000001fe8500 7fa14000                0        0  1 fffffc0001000 reserved
 crash>
 ```
-* `0xfffffe0000003000`是 trampoline stack 的栈顶，故栈实为`0xfffffe0000002000 - 0xfffffe0000002fff`
+* `0xfffffe0000003000`是 trampoline stack 的栈顶（高地址），故栈实为`0xfffffe0000002000 - 0xfffffe0000002fff`
 * `0xff1100007fa14000`为实际存储的 per-CPU 变量`entry_stack_storage`的地址
 * `vtop`的结果观察到它们都映射到了同一个物理页`0x7fa14000`上