Linux special sections: exception_table

特殊段定义在linux linker 脚本中（区别于默认的链接脚本），这些脚本存储在arch目录树下的kernel/vmlinux.lds.S，如arm64的链接脚本：linux/arch/arm64/kernel/vmlinux.lds.S

该文件使用了linux/include/asm-generic/vmlinux.lds.h头文件中的宏定义。

本文介绍一个特殊段， __ex_table， pairs of instruction pointer， 它存储了一对指令的指针。
定义如下：

#define _ASM_EXTABLE(from, to)                        \

    "    .pushsection    __ex_table, \"a\"\n"            \

    "    .align        3\n"                    \

    "    .long        (" #from " - .), (" #to " - .)\n"    \

    "    .popsection\n"

它允许页面错误异常处理程序( page fault exception handler) 来确定异常是否是由地址“from”的内核指令引起的，如果是，跳转到地址“to” ，该地址是fixup修复代码起始地址，否则发生内核错误。

看一下内核代码中对 exception table structure的解释呃

/*

* The exception table consists of pairs of relative offsets: the first

* is the relative offset to an instruction that is allowed to fault,

* and the second is the relative offset at which the program should

* continue. No registers are modified, so it is entirely up to the

* continuation code to figure out what to do.

*

* All the routines below use bits of fixup code that are out of line

* with the main instruction path.  This means when everything is well,

* we don't even have to jump over them.  Further, they do not intrude

* on our cache or tlb entries.

*/

存储了一对相对偏移地址；

insn:     可能发生“fault”的指令的相对偏移；

fixup：  发生“fault”后，程序继续执行的指令的相对偏移；

这期间没有寄存器发生改变；

 

struct exception_table_entry

{

    int insn, fixup;

}; 

怎么理解这里的相对偏移呐？是偏移到哪里呐？

涉及到两个section：.fixup   和   __ex_table；它们的定义可以从链接脚本中找到。

在 linux/arch/arm64/kernel/vmlinux.lds.S中，看到了 

.fixup 定义在 .text （很熟悉），就是代码段；

RO_DATA() 从名字中可以看到这是一些只读信息，里面存放什么呐，
在 linux/include/asm-generic/vmlinux.lds.h 能找到答案。
可以看到RO_DATA宏定义中，包含了只读的__ex_table。

.fixup 与  __ex_table 如何配合使用的？
看一个代码片段：

代码片段出现了两个section，

fixup为发生异常后的修复代码；

__ex_table仅仅是存储了两个label的地址；

 

这段汇编的意思是，为“1:”处的指令注册了修复程序，修复程序的入口是“3:”，若是“1:”处指令发生了异常，最终会跳转到“3:”处的指令来执行。

 

 

关于语句：_ASM_EXTABLE(1b, 3b)

这里 1b, 3b是GNU语法，称为数字本地标签（numeric local label），

使用以下语法来引用numeric local label：

n{f|b}

n是数字本地标签，范围是0-99；

f 和b用来指示汇编程序向前或者向后搜索。

kernel是如何实现地址匹配以及如何跳转到修复代码段的？

在 fixup_exception可以找到答案，首先针对给定的地址来查找是否注册了异常表，若查找成功，则修改pc值进行跳转。

来解读一下查找exception table的过程，可以看到计算__ex_table表项对应指令地址的过程用到了偏移地址，上面提到了_ASM_EXTABLE(1b, 3b)语句存储了两个label，经过链接程序处理，存储的值最终被替换为__ex_table表项相距label的偏移地址。

 

再次梳理一下，

某一条指令可能会引发异常，但是我们还想挽救一下，试图去修复看看，so，将目标指令的地址和修复代码的首地址放在__ex_table段中。 修复代码单独存放在名为fixup的段中。

kernel运行时，真的发生了异常，handler就去查找__ex_table段，看是否针对当前发生异常的指令注册了fixup 处理程序；若找到了就尝试运行。虽然可能还是失败