最新 x86_64 系统调用入口分析 (基于5.7.0)
最近的工作涉及到系统调用的录入，但网上的一些分析都比较老，这里记录自己的分析过程，仅供参考。
[En]
The recent work involves the system call entry, but some of the online analysis are relatively old, here to record their own analysis process, for reference only.
x86_64位系统调用使用 SYSCALL 指令进入内核空间，使CPU切换到ring 0。SYSCALL 指令主要工作为从MSR寄存器加载CS/SS，以及系统调用入口(entry_SYSCALL_64)，从而进入系统调用处理流程。
IF (CS.L ≠ 1 ) or (IA32_EFER.LMA ≠ 1) or (IA32_EFER.SCE ≠ 1)
(* Not in 64-Bit Mode or SYSCALL/SYSRET not enabled in IA32_EFER *)
THEN #UD;
FI;
RCX ← RIP; (* Will contain address of next instruction *)
RIP ← IA32_LSTAR;
R11 ← RFLAGS;
RFLAGS ← RFLAGS AND NOT(IA32_FMASK);
CS.Selector ← IA32_STAR[47:32] AND FFFCH (* Operating system provides CS; RPL forced to 0 *)
(* Set rest of CS to a fixed value *)
CS.Base ← 0;
(* Flat segment *)
CS.Limit ← FFFFFH;
(* With 4-KByte granularity, implies a 4-GByte limit *)
CS.Type ← 11;
(* Execute/read code, accessed *)
CS.S ← 1;
CS.DPL ← 0;
CS.P ← 1;
CS.L ← 1;
(* Entry is to 64-bit mode *)
CS.D ← 0;
(* Required if CS.L = 1 *)
CS.G ← 1;
(* 4-KByte granularity *)
CPL ← 0;
SS.Selector ← IA32_STAR[47:32] + 8;
(* SS just above CS *)
(* Set rest of SS to a fixed value *)
SS.Base ← 0;
(* Flat segment *)
SS.Limit ← FFFFFH;
(* With 4-KByte granularity, implies a 4-GByte limit *)
SS.Type ← 3;
(* Read/write data, accessed *)
SS.S ← 1;
SS.DPL ← 0;
SS.P ← 1;
SS.B ← 1;
(* 32-bit stack segment *)
SS.G ← 1;
(* 4-KByte granularity *)
(代码引自 https://www.felixcloutier.com/x86/syscall)
这里主要做了三个工作：
- 将RIP保存到RCX寄存器，即将SYSCALL指令下一条指令地址保存到RCX，后续用到。
- 从 IA32_LSTAR MSR 寄存器加载系统调用入口地址。64 位寄存器名为MSR_LSTAR。
- 从 IA32_STAR MSR 寄存器47-32到加载CS/SS段。64 位寄存器名为 MSR_STAR，其在内核启动过程中初始化。
wrmsr(MSR_STAR, 0, (__USER32_CS << 16) | __KERNEL_CS);
wrmsrl(MSR_LSTAR, (unsigned long)entry_SYSCALL_64);
接下来就是进入 entry_SYSCALL_64处理流程，源码在这。
但是这里有一个问题：在较新版内核中，都已支持 PTI 机制，用户态与内核态使用不同页表，而这里 entry_SYSCALL_64 已经属于内核代码，而我们仔细观察entry_SYSCALL_64 实现，在第四行才切换内核页表。想要 entry_SYSCALL_64 能被执行，就需要 cpu_entry_area 的作用了。
SYM_CODE_START(entry_SYSCALL_64)
UNWIND_HINT_EMPTY
/* * Interrupts are off on entry. * We do not frame this tiny irq-off block with TRACE_IRQS_OFF/ON, * it is too small to ever cause noticeable irq latency. */
swapgs
/* tss.sp2 is scratch space. */
movq %rsp, PER_CPU_VAR(cpu_tss_rw + TSS_sp2)
SWITCH_TO_KERNEL_CR3 scratch_reg=%rsp
cpu_entry_area 包括了CPU进入内核需要的所有数据/代码，会被映射到用户态页表。了解点着，但是要注意较新版本cpu_entry_area已经不包含其中的 a set of trampolines;，至于为什么看这。
/* * Clone the populated PMDs of the entry and irqentry text and force it RO. */
static void pti_clone_entry_text(void){
pti_clone_pgtable((unsigned long) __entry_text_start,
(unsigned long) __irqentry_text_end,
PTI_CLONE_PMD);}
其将 __entry_text_start 开头的地址复制，而这又与 entry_SYSCALL_64 有什么关系？我们继续往下找
#define ENTRY_TEXT \
ALIGN_FUNCTION(); \
__entry_text_start = .; \
*(.entry.text) \
__entry_text_end = .;
而再看 entry_SYSCALL_64 定义的文件头部
.code64
.section .entry.text, "ax"
所以这里就会把 entry_SYSCALL_64 等一众函数地址拷贝到用户页表，从而实现可访问。具体定义展开这里就不进行了。
call do_syscall_64
很显然了，接下来就是执行 do_syscall_64 了。后面就是常规操作了。
Original: https://www.cnblogs.com/RayWHL/p/16199553.html
Author: RayWHL
Title: 最新 x86_64 系统调用入口分析 (基于 5.7.0)
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