Question

x86应用程序（使用gcc -m32构建）支持具有 .code64 的Assembly 64位代码，这意味着x86应用程序可以使用64位寄存器。但是从内核方面来说，该应用程序只是一个IA-32应用程序。

例如，我可以在符号64bit_test下链接到x86应用程序。

ENTRY(64bit_test)
    .code64;
    push %r8
    push %r12
END(64bit_test)

在内核设置信号处理程序中，内核仅保存32位寄存器而没有64位寄存器，是否缺少64位寄存器上下文？我认为这是不正确的，因为使用了64位寄存器，以后应保存并还原。

if (is_ia32_frame(ksig)) {
        if (ksig->ka.sa.sa_flags & SA_SIGINFO)
            return ia32_setup_rt_frame(usig, ksig, cset, regs);
        else
            return ia32_setup_frame(usig, ksig, cset, regs);
    } else if (is_x32_frame(ksig)) {
        return x32_setup_rt_frame(ksig, cset, regs);
    } else {
        return __setup_rt_frame(ksig->sig, ksig, set, regs);
    }


static int ia32_setup_sigcontext(struct sigcontext_32 __user *sc,
                 void __user *fpstate,
                 struct pt_regs *regs, unsigned int mask)
{
    int err = 0;

    put_user_try {
        put_user_ex(get_user_seg(gs), (unsigned int __user *)&sc->gs);
        put_user_ex(get_user_seg(fs), (unsigned int __user *)&sc->fs);
        put_user_ex(get_user_seg(ds), (unsigned int __user *)&sc->ds);
        put_user_ex(get_user_seg(es), (unsigned int __user *)&sc->es);

        put_user_ex(regs->di, &sc->di);
        put_user_ex(regs->si, &sc->si);
        put_user_ex(regs->bp, &sc->bp);
        put_user_ex(regs->sp, &sc->sp);
        put_user_ex(regs->bx, &sc->bx);
        put_user_ex(regs->dx, &sc->dx);
        put_user_ex(regs->cx, &sc->cx);
        put_user_ex(regs->ax, &sc->ax);
        put_user_ex(current->thread.trap_nr, &sc->trapno);
        put_user_ex(current->thread.error_code, &sc->err);
        put_user_ex(regs->ip, &sc->ip);
        put_user_ex(regs->cs, (unsigned int __user *)&sc->cs);
        put_user_ex(regs->flags, &sc->flags);
        put_user_ex(regs->sp, &sc->sp_at_signal);
        put_user_ex(regs->ss, (unsigned int __user *)&sc->ss);

        put_user_ex(ptr_to_compat(fpstate), &sc->fpstate);

        /* non-iBCS2 extensions.. */
        put_user_ex(mask, &sc->oldmask);
        put_user_ex(current->thread.cr2, &sc->cr2);
    } put_user_catch(err);

    return err;
}

我希望将64位寄存器r8到r15保存在sigcontext中，以后再恢复，但是从代码r8到r15是丢失。

Answer 1

TL：DR：不，这不是.code64所做的事情，并且没有Linux 不支持跳到64位用户空间的32位进程。 / p>

.code64仅允许您将64位机器代码放入32位目标文件/可执行文件中。例如如果您想编写一个修补64位可执行文件的32位程序，并且希望汇编器为您生成该数据，即使它永远不会在32位程序中执行。

或者，如果您正在编写以16或32位模式开始并切换到64位模式的内核，则可以使用.code64作为内核与CS一起跳转的部分，即64位代码段。

将机器代码解码为64位而不是32位需要将CPU置于不同的模式。 x86机器代码不不支持在没有模式切换的情况下混合32位和64位机器代码。没有足够的编码空间可用于此。编码非常相似，但有些操作码在64位模式下具有不同的默认操作数大小（例如堆栈操作），例如push %eax和push %rax具有相同的1字节操作码。

您的.code64;； push %r8测试实际上为inc %eax（REX前缀）和push %eax 创建了32位机器代码。是的，它可以组装并运行，但是按照不同的说明。在layout reg中与GDB一起单步执行，以根据CPU所在的实际模式（而非源）查看反汇编。

区别包括64位长模式将1字节的inc / dec（0x40..4f）操作码用作REX前缀。例如x86-32 / x86-64 polyglot machine-code fragment that detects 64bit mode at run-time?

请注意，这与16 vs. 32完全不同。 16位代码可以在16位模式下使用操作数大小的前缀来访问32位寄存器和寻址模式。例如mov eax, 1234可以在.code16（带有操作数大小的前缀）或.code32（不带前缀）中很好地组装。

但是您不能在add rax, rdx之外进行.code64 ，因为如果不将CPU切换到其他模式，就无法运行它。（模式由CS指向的GDT / LDT条目进行选择。）

理论上，您可以将用户空间中的jmpl（远jmp）切换到用户空间过程中的其他代码段，以从“ compat模式”（64位内核下的32位模式）切换到到完整的64位模式。您必须知道要使用哪个CS值，但是大多数操作系统的32位和64位用户空间（CPL = 3）代码段都有一些“众所周知的”常量值。

如果这听起来令人难以置信且复杂，是的，这就是我的意思。

从根本上说，零（从OS系统调用和上下文切换，动态链接器和工具链）支持在进程内部切换模式。通常这是一个可怕的主意，不要这样做。

例如正如您所注意到的，内核仅为传递信号时以32位开始的进程保存/恢复旧版IA32状态，因此，如果该进程已跳到64位用户空间，则信号处理程序将破坏高位寄存器。（在x86-64 System V ABI中，r8..r11被呼叫了）。

半相关：What happens if you use the 32-bit int 0x80 Linux ABI in 64-bit code?

64位内核不支持使用.code64汇编程序的IA-32应用程序吗？

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