“分段错误”、x86_64 程序集、AT&T 语法

Question

我在 64 位 Linux 环境中运行我的代码，其中 Linux 内核是使用 IA32_EMULATION 和 X86_X32 禁用构建的。 p>

在书Programming from the Ground Up 中，第一个程序除了产生段错误之外什么都不做：

.section .data

.section .text
.globl _start
_start:
movl $1, %eax
movl $0, %ebx

int $0x80

我将代码转换为使用 x86-64 指令，但它也有段错误：

.section .data

.section .text
.globl _start
_start:
movq $1, %rax
movq $0, %rbx

int $0x80

我是这样组装这两个程序的：

as exit.s -o exit.o
ld exit.o -o exit

运行./exit 为两者提供Segmentation fault。我做错了什么？

附：我看过很多使用 gcc 组装代码的教程，但是我想使用 gas。

更新

结合cmets和答案，这是代码的最终版本：

.section .data
.section .text

.globl _start
_start:

movq $60, %rax
xor  %rbx, %rbx

syscall

Answer 1

int $0x80 是 32 位 ABI。在普通内核（使用 IA32 仿真编译）上，它在 64 位进程中可用，但您不应该使用它，因为它仅支持 32 位指针，并且某些结构具有不同的布局。

有关进行 64 位 Linux 系统调用的信息，请参阅x86 标签 wiki。 （也是ZX485对这个问题的回答）。有很多不同之处，包括 syscall 指令破坏了 %rcx 和 %r11，这与 int $0x80 ABI 不同。

在没有 IA32 仿真的内核中，比如你的内核，运行 int $0x80 可能与运行任何其他无效软件中断相同，比如 int $0x79。在 gdb 中单步执行该指令（在我的包含 IA32 仿真的 64 位 4.2 内核上）会导致该指令出现段错误。

它不会返回并继续执行垃圾字节作为指令（这也会导致 SIGSEGV 或 SIGILL），或者继续执行直到它跳转到（或正常到达）未映射的页面。如果是这样，那将是段错误的机制。

您可以在strace 下运行进程，例如strace /bin/true --version 以确保它正在进行您认为会的系统调用。您还可以使用gdb 查看程序段错误的位置。 使用调试器是必不可少的，比大多数语言更重要，因为 asm 中的故障模式通常只是一个段错误。

Answer 2

第一个观察结果是，您的两个示例中的代码都有效地执行了相同的操作，但编码不同。站点x86-64.org 为那些开始进行x86-64 开发的人提供了一些很好的信息。第一个使用 32 位寄存器的代码 sn-p 等价于第二个，因为Implicit Zero Extend：

隐式零扩展

32 位运算的结果隐式零扩展为 64 位值。这与 16 位和 8 位操作不同，后者不会影响寄存器的上部。这在某些情况下可用于代码大小优化，例如：

movl $1, %eax                 # one byte shorter movq $1, %rax
xorq %rax, %rax       # three byte equivalent of mov $0,%rax
andl $5, %eax         # equivalent for andq $5, %eax

---

问题是，为什么这段代码会出现段错误？如果您在典型的 x86-64 Linux 发行版上运行此代码，您的代码可能会按预期退出，而不会生成 segfault。您的代码失败的原因是因为您使用的是禁用 IA32 仿真的自定义内核。

Linux 内核中的 IA32 仿真允许您使用 32 位 int 0x80 中断来使用传统的 32-bit system call mechanism 进行调用。这是一个仿真层，不支持传递无法在 32 位寄存器中表示的指针。基于堆栈的指针就是这种情况，因为它们位于 4gb 地址空间之外，并且不能用 32 位指针访问。

您的系统关闭了 IA32 仿真，因此不存在 int 0x80 以实现向后兼容性。结果是int 0x80 中断将引发分段错误，您的应用程序将失败。

在 x86-64 代码中，最好使用 syscall 指令对 64 位 Linux 内核进行系统调用。此机制在必要时支持 64 位操作数和指针。 Ryan Chapman 的网站上有一些关于 64-bit SYSCALL 接口的好信息，这与 32 位 int 0x80 机制有很大不同。

如果没有 IA32 仿真，您的代码可以在 64 位环境中以这种方式编写：

.section .text

.globl _start
_start:

mov  $60, %eax
xor  %ebx, %ebx
syscall

可以在64-bit System V ABI 中找到有关进行 64 位开发的其他有用信息。本文档还更好地描述了 Linux 内核使用的一般 syscall 约定，包括A.2 节中的副作用。如果您还希望与第三方库和模块（如 C 库等）进行交互，此文档也非常有用。

Answer 3

原因是Linux System Call Table for x86_64 与 x86 的表不同。

在 x86 中，SYS_EXIT 是 1。在 x64 中，SYS_EXIT 是 60，1 是 SYS_WRITE 的值，如果调用它，则需要 %RSI 中的 const char *buf。如果该缓冲区指针无效，则可能是段错误。

%rax    System call   %rdi              %rsi            %rdx      %r10  %r8 %r9
1       sys_write     unsigned int fd   const char *buf size_t 
60      sys_exit      int error_code