Lab 002 · per-CPU 与 LAPIC IPI 验证

对应 document/book/15-smp/002/。验证档 B 档(test_apic 验证 IPI 的 ICR 写入)。本章只到 IPI 发令枪,trampoline/AP 真跑是 003。验证靠构建 + 测试 + grep。

目标

确认四件事:

1. per-CPU 控制块在(PerCpu/percpu()/gdt_blocks[kMaxCpus]),GS 锚定本 CPU 块;
2. swapgs 纪律完整(syscall + ISR 条件 + jump_to_usermode);
3. LAPIC IPI 接口在(send_init/send_sipi/send_ipi,ICR 写入);
4. test_apic 里 IPI 三测全绿。

步骤

1. 构建 + 测试

git checkout 002_smp_percpu_ap_boot 2>/dev/null || git checkout 002_*
cmake -B build -S . && cmake --build build -j$(nproc) > /tmp/b.log 2>&1; echo "build=$?"
cmake --build build --target run-kernel-test

2. per-CPU + swapgs

grep -rn 'PerCpu\|percpu()\|gdt_blocks\|swapgs' kernel/arch/x86_64/ kernel/proc/ | grep -vE '\.o:' | head
grep -n 'context_switch.S\|PER-CPU' kernel/arch/x86_64/context_switch.S | head

思考:为什么 GS 从 per-task 改成 per-CPU?——见章节:每 CPU 一个 PerCpu 块(本 CPU 的 kernel_stack/current 等),context_switch 不再碰 GS。FS(TLS)仍 per-task。swapgs 纪律为何比设计预想复杂?——ISR 原来无 swapgs(只 syscall.S 有),中断从用户态进入 GS_BASE=0 而 percpu() 在中断上下文读 → 必须给 ISR 加条件 swapgs(按 CS 判 CPL=3)。这是设计稿核对代码才抓到的硬约束。

3. LAPIC IPI 发令枪

grep -rn 'send_init\|send_sipi\|send_ipi\|kRegIcr\|kIcrMode' kernel/drivers/apic/local_apic.hpp kernel/drivers/apic/local_apic.cpp | head

去看 ICR 的写法:high=kRegIcrHigh(0x310)放 dest<<24,low=kRegIcrLow(0x300)放 vector|mode|assert;send_init/send_sipi/send_ipi 三个接口分别对应 INIT、SIPI(vector=页号)、固定向量。test_apic.cpp 用 MockMmio(普通 RAM 假装 MMIO 窗口)验证这些写入。

4.(B 档)test_apic 的 IPI 测试

cmake --build build --target run-kernel-test 2>&1 | grep -A2 'APIC'

应见 test_send_init_writes_icr、test_send_sipi_writes_vector、test_send_ipi_fixed 全过(ICR high/low 写入正确)。注意:本章没有 trampoline,-smp 2 此刻看不到第二个核 online——AP 真跑是下一章 003。

验收清单

• [ ] 构建 build=0,测试全绿(单核行为不变,贯穿)。
• [ ] PerCpu/percpu()/gdt_blocks[kMaxCpus]/swapgs 纪律在。
• [ ] LAPIC IPI 接口(send_init/send_sipi/send_ipi + ICR 常量)在。
• [ ] test_apic 的 IPI 三测全绿。

别做这些

• 别给 ISR 无条件 swapgs——要按 CS 判 CPL=3 条件 swap,否则内核态中断 swap 两次出错。
• 别在 context_switch 里还存/取 GS——GS 是 per-CPU 不是 per-task。
• 别指望 002 结束时 -smp 2 能看到第二个核——trampoline 在 003,本章只有 IPI 发令枪。