Разница в ABI между x86_64 функциями Linux и системными вызовами

Question

Соглашение о вызове функции x86_64 SysV ABI определяет целочисленный аргумент # 4, который должен быть передан в регистре rcx. С другой стороны, сбой FSSI ядра Linux использует r10 для этой же цели. Все остальные аргументы передаются в одних и тех же регистрах для обеих функций и системных вызовов.

Это приводит к некоторым странным вещам. Проверьте, например, реализация mmap в Glibc для x32 платформы (для которых та же существует расхождение):

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

Так все регистр уже на месте, за исключением мы перемещаем rcx к r10.

Мне интересно, почему бы не определить, что syscall ABI будет таким же, как вызов функции ABI, учитывая, что они уже настолько похожи.

Answer 1

syscall instruction предназначен для обеспечения более быстрого способа ввода Ring-0 для выполнения системного вызова. Это должно быть улучшением по сравнению с старым методом, который должен был поднять программное прерывание (int 0x80 на Linux).

Причина в том, что инструкция выполняется быстрее, потому что она не меняет память или даже меняет rsp, чтобы указать на стек ядра. В отличие от программного прерывания, когда ЦП вынужден разрешить ОС возобновить работу без каких-либо сбоев, для этой команды CPU может предположить, что программное обеспечение знает, что что-то происходит здесь.

В частности, syscall хранит две части пользовательского пространства в регистрах. RIP для возврата после вызова сохраняется в rcx, а флаги хранятся в R11 (because RFLAGS is masked with a kernel-supplied value before entry to the kernel). Это означает, что оба этих регистра сгруппированы по инструкции.

Поскольку они сбиты, в syscall ABI используется другой регистр вместо rcx, поэтому использование r10 для 4-го аргумента.

r10 является естественным выбором, так как in the x86-64 SystemV ABI он не используется для передачи функций арг и функции не нужно сохранить значение своего абонента из r10. Таким образом, функция оболочки syscall может mov %rcx, %r10 без сохранения/восстановления. Это было бы невозможно с любым другим регистром, для 6-arg syscalls и функцией вызова функции SysV ABI.

---

Кстати, 32-битный системный вызов ABI также доступен с sysenter, который требует сотрудничества между пространством пользователя и ядра пространства, чтобы вернуться к пользовательского пространства после sysenter. (т. е. сохранение некоторого состояния в пользовательском пространстве перед запуском sysenter). Это более высокая производительность, чем int 0x80, но неудобно. Тем не менее glibc использует его (перепрыгивая на код пользовательского пространства на страницах vdso, которые ядро ​​отображает в адресное пространство каждого процесса).

AMD syscall - это еще один подход к той же идее, что и у Intel sysenter: сделать вход/выход из ядра менее дорогостоящим, не сохраняя абсолютно все.

Answer 2

AMD syscall clobbers rcx register, таким образом, используется r10.