assembly - ljmp指令在linux内核fork系统调用中起什么作用？

Question

我正在研究linux内核源码(旧版本0.11v)。当我检查 fork 系统调用时，有一些用于上下文切换的 asm 代码，如下所示:

/*
 * switch_to(n) should switch tasks to task nr n, first
 * checking that n isn't the current task, in which case it does nothing.
 * This also clears the TS-flag if the task we switched to has used
 * tha math co-processor latest.
 */
#define switch_to(n) {\
struct {long a,b;} __tmp; \
__asm__("cmpl %%ecx,current\n\t" \
    "je 1f\n\t" \
    "movw %%dx,%1\n\t" \
    "xchgl %%ecx,current\n\t" \
    "ljmp *%0\n\t" \
    "cmpl %%ecx,last_task_used_math\n\t" \
    "jne 1f\n\t" \
    "clts\n" \
    "1:" \
    ::"m" (*&__tmp.a),"m" (*&__tmp.b), \
    "d" (_TSS(n)),"c" ((long) task[n])); \
}

我猜想 "ljmp %0\n\t" 将适用于更改 TSS 和 LDT。我知道ljmp指令需要两个参数，例如ljmp $section, $offset。我认为ljmp指令必须使用_TSS(n), xx。我们不需要提供有意义的偏移值，因为cpu会为新任务更改cpu的寄存器，包括eip。

1. 我不知道 ljmp %0 如何像 ljmp $section, $offset 一样工作以及为什么该指令使用 %0。 %0 只是 __tmp.a 的地址吗？

2. 在执行ljmp指令时，CPU可能会将EIP寄存器保存到旧任务的TSS中。旧任务的 EIP 值是 "cmpl %%ecx,_last_task_used_math\n\t" 的地址，我对吗？

Answer 1

这个语法是什么意思？

这个难以阅读的困惑是 GCC 的 Extended ASM ，其一般格式为

 asm [volatile] ( AssemblerTemplate
                : OutputOperands
              [ : InputOperands
              [ : Clobbers ] ] )

在本例中，__asm__ 语句仅包含 AssemblerTemplate 和 InputOperands。输入操作数部分解释了 %0 和 %1 的含义，以及 ecx 和 edx 如何获取它们的值:

• 第一个输入操作数是"m"(*&__tmp.a)，因此%0成为的m内存地址>__tmp.a (说实话，我不确定为什么这里需要 *&)。
• 第二个输入操作数是"m"(*&__tmp.b)，因此%1成为的m内存地址>__tmp.b.
• 第三个输入操作数是"d"(_TSS(n))，因此DX寄存器将包含_TSS(n)当这段代码开始时。
• 第四个输入操作数是“c”((long)task[n])，因此ECX寄存器将包含task[n] 当此代码开始时。

清理后，代码可以解释如下

    cmpl %ecx, _current
    je 1f

    movw %dx, __tmp.b          ;; the address of __tmp.b
    xchgl %ecx, _current
    ljmp __tmp.a               ;; the address of __tmp.a

    cmpl %ecx, _last_task_used_math
    jne 1f
    clts
1:

ljmp %0 如何工作？

请注意，ljmp(也称为jmpf)指令有两种形式。您知道的操作码(操作码EA)采用两个直接参数:一个用于段，一个用于偏移量。这里使用的(操作码FF/5)是不同的:段和地址参数不在代码流中，而是在内存中的某个位置，并且指令指向该地址。

在这种情况下，ljmp 的参数在开头指向 __tmp 结构。前四个字节 (__tmp.a) 包含偏移量，后面的两个字节(__tmp.b 的下半部分)包含段。

此间接 ljmp __tmp.a 等同于 ljmp [__tmp.b]:[__tmp.a]，除了 ljmp segment:offset 只能采用直接参数。如果您想切换到任意 TSS 而无需自修改代码(这将是一个糟糕的想法)，则可以使用间接指令。

另请注意，__tmp.a 从未初始化。我们可以假设 _TSS(n) 指的是任务门(因为这是使用 TSS 进行上下文切换的方式)，并且“穿过”任务门的跳转偏移量将被忽略。

旧的指令指针去了哪里？

这段代码不会将旧的EIP存储在TSS中。

(我是在这一点之后猜测的，但我认为这个猜测是合理的。)

旧的EIP存储在与旧任务对应的内核空间堆栈上。

Linux 0.11 为每个任务分配一个ring 0 堆栈(即内核堆栈)(请参阅fork.c 中的copy_process 函数，该函数初始化TSS) 。当任务 A 期间发生中断时，旧的 EIP 会保存在内核空间堆栈上，而不是用户空间堆栈上。如果内核决定切换到任务 B，则内核空间堆栈也会切换。当内核最终切换回任务 A 时，该堆栈会切换回来，通过 iret 我们可以返回到任务 A 中的位置。