AOSP 非显而易见的 syscall() 实现

Question

据我所知，Linux ABI for ARM 声明系统调用返回值是通过r0 传递的，如果它是负数，则它应该作为 errno 值被否定。即系统调用以一些错误告终。 AOSP does this check 以某种奇特的方式：

ENTRY(syscall)
    mov     ip, sp
    stmfd   sp!, {r4, r5, r6, r7}
    .cfi_def_cfa_offset 16
    .cfi_rel_offset r4, 0
    .cfi_rel_offset r5, 4
    .cfi_rel_offset r6, 8
    .cfi_rel_offset r7, 12
    mov     r7, r0
    mov     r0, r1
    mov     r1, r2
    mov     r2, r3
    ldmfd   ip, {r3, r4, r5, r6}
    swi     #0
    ldmfd   sp!, {r4, r5, r6, r7}
    .cfi_def_cfa_offset 0
    cmn     r0, #(MAX_ERRNO + 1) /* Set C flag if r0 is between -4095 and -1, set Z flag if r0 == -4096 */
    bxls    lr                   /* return if Z is set or C is clear */
    neg     r0, r0
    b       __set_errno_internal
END(syscall)

看起来这个函数不会威胁r0 < -4096 作为错误条件。虽然它应该。当然，真正的 errno 将符合允许的差距，但无论如何，以这种方式执行检查而不是仅仅测试 r0 的否定性的理由是什么？

附：如果我遗漏了什么或只是我的分析不正确 - 任何 cmet 表示赞赏。

Answer 1

这就是 Linux 的系统调用 ABI/API 的设计方式，只允许有限范围的 -errno 值，以避免为一小组错误代码使用一半的可能返回值范围。 （没有人需要超过 4095 个 errno 代码？）

正如@Timothy 指出的那样，mmap 是一个很好的例子：它需要返回一个指针。 mmap 的返回值始终是页面对齐的，因此在具有 4k 页面或更大页面的系统上（即几乎（？）所有内容），-4095 是您可以使用的最大量级负数，而不是有效的页面地址.

-4095 = 2^32 - 4095 在 32 位 2 的补码系统中。最高页起始地址为2^32-4096。这是准确选择 this 范围作为表示“错误”的范围的明显动机。

（但请注意，您仍然无法映射虚拟地址空间的最高页面even for a 32-bit process under a 64-bit kernel，即使-4096UL 将是来自mmap 的非错误返回。内核在内部 em> 对指针使用相同的带内-errno 代码机制，而不仅仅是系统调用 ABI，因此它保留首页以防止拥有也是错误代码的有效指针。这也避免了极端情况，例如指向数组过去一端的指针为 0 (NULL)。）

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理论上，表示错误的值范围取决于平台，并且是系统调用 ABI 的一部分，但 AFAIK Linux 在它支持的每个平台上都使用[-4095..-1]。 MUSL libc 实现将-4096UL 硬编码在非 x86 或 ARM 特定的 C 源文件中：/src/internal/syscall_ret.c。

正如@Tsyvarev 指出的那样，Linux 将MAX_ERRNO 定义为4095 in include/linux/err.h，而不是特定于架构的标头。 （有评论指出，如果需要，它可以成为特定于架构的，并且由于内核指针的工作方式而专门选择了它。）

x86-64 System V ABI 还有一个关于 Linux 系统调用的信息性（非规范性）部分，其中指定了 -4095 到 -1 的范围。 (Search for -4095)。 （使用 x86-64 System V 的其他平台可以改变它们的系统调用 ABI，例如 FreeBSD 或 MacOS）

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有趣的事实：这意味着sys_getpriority 不能直接返回nice 级别。而是it returns 20-nice, which maps the -20..19 range of nice values to 40..1。 libc 包装函数必须在通用 retval > -4096UL 检查检测到非错误返回值后解码 nice 值。

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有趣的事实 #2：某些 Linux 平台（例如 MIPS 和 PowerPC）上的系统调用 ABI 在返回值中返回 -1，在单独的寄存器中返回 errno 代码。来源：本syscall inline-asm wrapper library中的cmets。 （看起来像一个不错的库；避免了一些系统调用包装头具有的诸如缺少 "memory" clobbers 之类的问题。）

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相关：

• What are the return values of system calls in Assembly?
• Linux System Calls, Error Numbers, and In-Band Signaling（使用 x86-64 示例，但概念当然相同）。这里的关键概念是带内信令。
• The Definitive Guide to Linux System Calls (on x86)

Answer 2

如果将mmap 解释为有符号数，则通常返回值为负数。

Answer 3

errno 值的 Apper 限制 4095 是故意的，在代码中使用这个知识就可以了。实际上，这会修改价值模型，通过系统调用和其他一些内核函数返回：

• [-4095 ... -1] - 错误
• 其他值 - 结果

此模型允许更多可能的结果值。例如，如果将结果解释为无符号长整数，则结果的值范围从[0... (MAX/2)] 扩展到[0 ... (MAX - 4096)]。这很有用，例如当 result 是指针时，请参见 implementation 的 IS_ERR 宏。