x64上Linux的系统调用

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x64上Linux的系统调用

写在前面：本文希望读者有一定的Linux基础，了解过系统调用和crt的包装函数的区别。可以看我之前写过的关于IA32上Linux系统调用的简介，以及《Linux内核设计与实现》一书中对系统调用的笔记。

众所周知，在IA32上，Linux的系统调用是通过int 0x80中断，访问中断向量表，调用sys_call()。它通过eax传递系统调用号；其他一系列寄存器传递参数，分别存储在ebx，ecx，edx，esi，edi，ebp；返回值存储在eax。

现今，x86 64体系结构引入了一条专用指令syscall。它不访问中断描述符表，速度更快。它通过rax传递系统调用号；其他一系列寄存器传递参数，分别存储在rdi，rsi，rdx，r10，r8，r9；返回值存储在rax。

很明显，系统调用的ABI发生了剧烈的改变。进行系统调用的指令，传递系统调用号的寄存器，传递参数的寄存器，返回值的寄存器，甚至系统调用对应的编号，32位与64位都存在着很大的差异。理论上系统调用表都是向后兼容的，每次更新时只能往后添加系统调用号，已有的系统调用号则保持。我在Stack Exchange上找到了一个回答，解释了从32位到64位系统调用表更改的原因：x86 64体系结构出现时，ABI(传递参数、返回值)是不同的，因此内核开发人员利用这个机会带来了期待已久的更改，为了对高速缓存行使用级别进行优化。比如，常用的sys_read/sys_write/sys_open/sys_close分别位于前四个系统调用号；sys_exit原本很靠前(原本系统调用号为1)，但每个进程都在退出时才调用一次，所以现在是靠后的60作为系统调用号。

目测是为了兼容，我在内核版本为4.14.0的ubuntu上仍然能通int 0x80进行系统调用，下面是测试的代码：

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section .data
str: db "Hello world"
str_len equ $-str

section .text
global _start
[bits 64]
_start:
    mov eax, 4           ; sys_write的系统调用号
    mov ebx, 1           ; 第一个参数为int fd
    mov ecx, str         ; 第二个参数为char *buf
    mov edx, str_len     ; 第三个参数为size_t count
    int 0x80

    mov eax, 1           ; sys_exit的系统调用号
    mov ebx, 0           ; 第一个参数为int status
    int 0x80

不过，x86_64的Linux最好还是通过syscall进行系统调用：

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section .data
str: db "Hello world"
str_len equ $-str

section .text
global _start
[bits 64]
_start:
    mov eax, 1           ; 代表sys_write
    mov rdi, 1           ; 第一个参数为int fd
    mov rsi, str         ; 第二个参数为char *buf
    mov rdx, str_len     ; 第三个参数为size_t count
    syscall

    mov eax, 60          ; sys_exit的系统调用号
    mov rdi, 0           ; 第一个参数为int status
    syscall