32位應用程序如何在64位Linux上進行系統調用？

Question

一些（很多？全部？）64位¹ Linux發行版允許通過提供32位和64位庫（包括libc）的並行集合來運行32位應用程序。 因此，32位應用程序可以鏈接到32位庫，並由64位內核運行。

我想知道的32位應用程序如何讓在64位內核的系統調用的機制。 我懷疑答案是在libc和/或內核源代碼中的某個地方，但是由於我不知道在哪里看，所以潛入源代碼會很費時間。

還有一個更重要的問題， 是否有任何性能開銷？ ²從邏輯上講，來自32位app系統調用的調用必須轉換為64位內部內核環境。 這完成的方式和地點？

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

Answer 1

從用戶空間方面來看，這些機制與在32位本機內核上進行系統調用相同 - 所有用戶模式代碼（包括32位glibc）都以相同的方式工作。

從內核端，用戶空間（例如int 0x80 ）的舊IA32入口點被設置為調用ia32_syscall匯編程序例程。 （轉換到內核空間涉及處理器加載內核的代碼段選擇器，這會導致轉換到64位“長”模式）。

然后， ia32_syscall例程將一些參數ia32_syscall ，以匹配x86_64系統調用約定：

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

然后，它使用IA32系統調用號通過表ia32_sys_call_table進行函數調用。 這基本上將IA32系統調用號與本機系統調用實現相匹配（系統調用號在IA32和x86_64之間差別很大）。 該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

對於大多數系統調用，現在可以直接調用x86_64實現 - 比如exit() 。 對於其他人，比如fork() ，提供了一個正確實現預期IA32語義的包裝器（特別是，如果需要從32位到64位的參數的符號擴展）。

正如您所看到的，內核代碼的開銷很小 - 對寄存器值進行了一些微不足道的修改，對於一些函數，還有一個額外的函數調用。 我不確定加載導致從32位模式轉換到64位模式的代碼段選擇器對於處理器執行的速度比不執行的速度慢 - 請檢查處理器體系結構手冊。