Unterschied in ABI zwischen x86_64 Linux-Funktionen und syscalls

Question

Die Funktionsaufrufkonventiondefiniert ganzzahliges Argument # 4, das in dem rcx-Register übergeben werden soll. Der Linux-Kernel syscall ABI hingegen verwendet r10 für denselben Zweck. Alle anderen Argumente werden in denselben Registern für Funktionen und Syscalls übergeben.

Dies führt zu einigen seltsamen Dingen. Schauen Sie sich zum Beispiel die Umsetzung von mmap in glibc für die x32-Plattform (für die die gleiche Diskrepanz existiert):

00432ce0 <__mmap>: 
    432ce0:  49 89 ca    mov %rcx,%r10 
    432ce3:  b8 09 00 00 40   mov $0x40000009,%eax 
    432ce8:  0f 05     syscall 

So alle Register sind bereits vorhanden, es sei denn wir rcx zu r10 bewegen.

Ich wundere mich, warum nicht die syscall ABI zu der gleichen wie der Funktionsaufruf ABI zu definieren, unter Berücksichtigung, dass sie bereits so ähnlich sind.

Answer 1

Die syscall instruction bietet eine schnellere Methode zur Eingabe von Ring-0, um einen Systemaufruf auszuführen. Dies ist eine Verbesserung gegenüber der alten Methode, die einen Software-Interrupt auslösen soll (int 0x80 unter Linux).

Ein Teil des Grundes, warum die Anweisung schneller ist, ist, weil sie den Speicher nicht ändert oder sogar rsp ändert, um auf einen Kernel-Stack zu zeigen. Im Gegensatz zu einem Software-Interrupt, bei dem die CPU gezwungen ist, das Betriebssystem wieder in Betrieb zu setzen, ohne etwas zu überlisten, darf die CPU für diesen Befehl annehmen, dass die Software weiß, dass hier etwas passiert.

Insbesondere speichert syscall zwei Teile des Benutzer-Space-Status in Registern. Die RIP, zu der nach dem Anruf zurückzukehren ist, wird in rcx gespeichert und die Flags werden in R11 (because RFLAGS is masked with a kernel-supplied value before entry to the kernel) gespeichert. Dies bedeutet, dass beide Register von der Anweisung geplagt werden.

Da sie geplottert sind, verwendet der syscall ABI ein anderes Register anstelle von rcx, daher die Verwendung von r10 für das 4. Argument.

r10 ist eine natürliche Wahl, da in the x86-64 SystemV ABI es für das Bestehen Funktion args nicht verwendet wird, und Funktionen müssen nicht ihren Anrufer Wert von r10 zu bewahren. So kann eine Syscall-Wrapper-Funktion mov %rcx, %r10 ohne Speichern/Wiederherstellen. Dies wäre mit keinem anderen Register möglich, für 6-Arg-Syscalls und die SysV-ABI-Funktionsaufrufkonvention.

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BTW, das 32-Bit-System aufrufen ABI mit sysenter auch zugänglich ist, die Zusammenarbeit zwischen den User-Space und Kernel-Space, um nach einem sysenter User-Space zu ermöglichen Rückkehr erfordert. (d. h. Speichern eines Zustands im Benutzerbereich vor dem Ausführen von sysenter). Dies ist eine höhere Leistung als int 0x80, aber peinlich. Trotzdem verwendet glibc es (indem es zu User-Space-Code auf den vdso-Seiten springt, die der Kernel in den Adressraum jedes Prozesses abbildet).

AMDs syscall ist eine andere Herangehensweise an die gleiche Idee wie Intels sysenter: um den Ein-/Ausstieg aus dem Kernel weniger teuer zu machen, indem man nicht unbedingt alles erhält.

Answer 2

AMDs syscall Clobbers das rcx Register, also r10 wird stattdessen verwendet.