Linux系统调用、libc、VDSO及其实现剖析

Question

我分析了最后一个libc中的syscall调用：

git clone git://sourceware.org/git/glibc.git

我在sysdeps/unix/sysv/linux/i386/sysdep.h中有以下代码：

#   define INTERNAL_SYSCALL_MAIN_INLINE(name, err, nr, args...) \
LOADREGS_##nr(args)                         \
asm volatile (                          \
"call *%%gs:%P2"                            \
: "=a" (resultvar)                          \
: "a" (__NR_##name), "i" (offsetof (tcbhead_t, sysinfo))        \
  ASMARGS_##nr(args) : "memory", "cc")

如果我很好地理解这段代码，LOADREGS_##nr(args)宏会将参数加载到寄存器ebx、ecx、edx、esi、edx和ebp中。

sysdeps/unix/sysv/linux/i386/sysdep.h

# define LOADREGS_0()
# define ASMARGS_0()
# define LOADREGS_1(arg1) \
    LOADREGS_0 ()
# define ASMARGS_1(arg1) \
    ASMARGS_0 (), "b" ((unsigned int) (arg1))
# define LOADREGS_2(arg1, arg2) \
    LOADREGS_1 (arg1)
# define ASMARGS_2(arg1, arg2) \
    ASMARGS_1 (arg1), "c" ((unsigned int) (arg2))
# define LOADREGS_3(arg1, arg2, arg3) \
    LOADREGS_2 (arg1, arg2)
# define ASMARGS_3(arg1, arg2, arg3) \
    ASMARGS_2 (arg1, arg2), "d" ((unsigned int) (arg3))
# define LOADREGS_4(arg1, arg2, arg3, arg4) \
    LOADREGS_3 (arg1, arg2, arg3)
# define ASMARGS_4(arg1, arg2, arg3, arg4) \
    ASMARGS_3 (arg1, arg2, arg3), "S" ((unsigned int) (arg4))
# define LOADREGS_5(arg1, arg2, arg3, arg4, arg5) \
    LOADREGS_4 (arg1, arg2, arg3, arg4)
# define ASMARGS_5(arg1, arg2, arg3, arg4, arg5) \
    ASMARGS_4 (arg1, arg2, arg3, arg4), "D" ((unsigned int) (arg5))
# define LOADREGS_6(arg1, arg2, arg3, arg4, arg5, arg6) \
    register unsigned int _a6 asm ("ebp") = (unsigned int) (arg6); \
    LOADREGS_5 (arg1, arg2, arg3, arg4, arg5)
# define ASMARGS_6(arg1, arg2, arg3, arg4, arg5, arg6) \
    ASMARGS_5 (arg1, arg2, arg3, arg4, arg5), "r" (_a6)
#endif /* GCC 5  */
    enter code here

在寄存器ebx、ecx、edx、esi、edx和ebp中加载参数的代码在哪里？是上面的代码吗？我不理解它的实现。下面的代码加载ebx寄存器中的第六个参数？

register unsigned int _a6 asm ("ebp") = (unsigned int) (arg6);

这段代码是做什么的：

ASMARGS_0 (), "b" ((unsigned int) (arg1))

它加载ebx寄存器中的第一个参数？

然后"call *%%gs:%P2“跳转到VDSO代码？此代码对应于"call *gs:0x10"？

那么，下面的图表对于写入syscall，它是好的吗？

write(1, "A", 1)  ----->   LIBC   ----->   VDSO   -----> KERNEL
                          load reg           ?   
                        jump to vdso 
|---------------------------------------------------|--------------|
       user land                                       kernel land

我不理解VDSO实用程序！vdso选择syscall方法(sysenter或int 0x80)。

提前感谢您的帮助。对不起，我的英语很差。

Answer 1

glibc的syscall中涉及的宏将扩展为如下所示，例如退出syscall。

LOADREGS_1(args)
asm volatile (
"call *%%gs:%P2"
: "=a" (resultvar)
: "a" (__NR_exit), "i" (offsetof (tcbhead_t, sysinfo))
  ASMARGS_1(args) : "memory", "cc")

LOADREGS_1(args)将扩展到LOADREGS_0()，它将扩展为零- LOADREGS_*(...)只需要在提供更多参数时调整寄存器。

ASMARGS_1(args)将扩展到ASMARGS_0 (), "b" ((unsigned int) (arg1))，后者将扩展到, "b" ((unsigned int) (arg1)。

x86上的__NR_exit为1。

因此，代码将扩展为类似以下内容：

asm volatile (
"call *%%gs:%P2"
: "=a" (resultvar)
: "a" (1), "i" (offsetof (tcbhead_t, sysinfo))
, "b" ((unsigned int) (arg1) : "memory", "cc")

ASMARGS_*本身并不实际执行代码-它们是gcc的指令，用于确保特定的值(如(unsigned int) (arg1))位于特定的寄存器(如b，又名ebx)中。因此，asm volatile的参数组合(当然，这不是一个函数，而只是一个gcc内置的函数)只是指定gcc应该如何准备系统调用，以及在系统调用完成后它应该如何继续。

现在，生成的程序集将如下所示：

; set up other registers...
movl $1, %eax
call *%gs:0x10
; tear down

%gs是一个引用线程本地存储的段寄存器-具体地说，glibc引用了一个指向VDSO的保存值，当它第一次解析告诉它VDSO在哪里的ELF头时，它将该值存储在那里。

一旦代码进入VDSO，我们不知道到底发生了什么-它取决于内核版本-但我们知道它使用最有效的可用机制来运行系统调用，例如sysenter指令或int 0x80指令。

所以，是的，你的图表是准确的：

write(1, "A", 1)  ----->   LIBC   ----->   VDSO   -----> KERNEL
                          load reg           ?   
                        jump to vdso 
|---------------------------------------------------|--------------|
       user land                                       kernel land

下面是一个更简单的代码示例，它是从我维护的一个名为libsyscall的库中调用到VDSO的，特别是针对单参数syscall

_lsc_syscall1:
    xchgl 8(%esp), %ebx
    movl 4(%esp), %eax
    call *_lsc_vdso_ptr(,1)
    movl 8(%esp), %ebx
    # pass %eax out
    ret

这只是将参数从堆栈移动到寄存器，通过从内存加载的指针调用VDSO，将其他寄存器恢复到以前的状态，并返回系统调用的结果。