Question

一些（很多？全部？）64位¹ Linux发行版允许通过提供32位和64位库（包括libc）的并行集合来运行32位应用程序。因此，32位应用程序可以链接到32位库，并由64位内核运行。

我想知道32位应用程序如何在64位内核上进行系统调用的 mechanics 。我怀疑答案是在libc和/或内核源代码中的某个地方，但是由于我不知道在哪里看，所以潜入源代码会很费时。

还有一个更重要的问题，是否有任何性能开销？ ²逻辑上，来自32位app系统调用的调用必须转换为64位内部内核环境。如何以及在哪里完成？

^{¹“32位”= IA-32，“64位”= AMD64}
^{²在你的回答中假设它很重要：）}

Answer 1

从用户空间方面来说，机制与在32位本机内核上进行系统调用相同 - 所有用户模式代码（包括32位glibc）都以相同的方式工作。

从内核端，设置用户空间（例如int 0x80）的旧IA32入口点以调用ia32_syscall汇编程序例程。（转换到内核空间涉及处理器加载内核的代码段选择器，这会导致转换为64位“长”模式）。

ia32_syscall例程然后将一些参数混合以匹配x86_64系统调用约定：

movl    %edi,%r8d
.if \noebp
.else
movl    %ebp,%r9d
.endif
xchg    %ecx,%esi
movl    %ebx,%edi
movl    %edx,%edx   /* zero extension */

然后使用IA32系统调用号通过表ia32_sys_call_table进行函数调用。这基本上将IA32系统调用号与本机系统调用实现相匹配（系统调用号在IA32和x86_64之间差别很大）。该表的第一部分如下所示：

ia32_sys_call_table:
    .quad sys_restart_syscall
    .quad sys_exit
    .quad stub32_fork
    .quad sys_read
    .quad sys_write

对于大多数系统调用，现在可以直接调用x86_64实现 - 如exit()。对于其他人，如fork()，提供了一个正确实现预期IA32语义的包装器（特别是，如果需要从32位到64位的参数的符号扩展）。

正如您所看到的，内核代码的开销很小 - 对寄存器值进行了一些微不足道的修改，对于一些函数，还有一个额外的函数调用。我不确定加载导致从32位模式转换到64位模式的代码段选择器对于处理器执行的速度比不执行的速度慢 - 请检查处理器体系结构手册。