linux内核fork系统调用中的ljmp指令有什么作用？

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"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，比如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 会更改 cpu 的寄存器，包括新任务的 eip。

1. 我不知道ljmp %0 是如何像ljmp $section, $offset 一样工作的，以及为什么这条指令使用%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" 地址，我说的对吗？

Answer 1

这个语法到底是什么意思？

这个不可读的混乱是 GCC 的Extended ASM，它的一般格式为

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

在这种情况下，__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 如何获得它们的值：

• 第一个输入操作数是"m" (*&__tmp.a)，所以%0变成了__tmp.a的m内存地址（老实说，我不知道为什么这里需要*& )。
• 第二个输入操作数是"m" (*&__tmp.b)，所以%1变成了__tmp.b的m内存地址。
• 第三个输入操作数是"d" (_TSS(n))，所以当这段代码开始时，DX寄存器将包含_TSS(n)。
• 第四个输入操作数是"c" ((long) task[n])，因此当此代码开始时，ECX 寄存器将包含task[n]。

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 怎么可能工作？

请注意ljmp（也称为jmpf）指令有两种形式。你知道的那个（操作码EA）有两个直接参数：一个用于段，一个用于偏移。这里使用的（操作码FF /5）不同：段和地址参数不在代码流中，而是在内存中的某处，指令指向地址。

在这种情况下，ljmp 的参数指向 __tmp 结构的开头。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。

这个间接的ljmp __tmp.a 将等价于ljmp [__tmp.b]:[__tmp.a]，除了ljmp segment:offset 只能接受直接参数。如果您想在没有自修改代码的情况下切换到任意 TSS（这将是一个糟糕的想法），那么可以使用间接指令。

还要注意__tmp.a 永远不会初始化。我们可以假设_TSS(n) 指的是一个任务门（因为这是您使用 TSS 进行上下文切换的方式），并且忽略“通过”任务门的跳转偏移量。

旧指令指针去哪了？

这段代码不会将旧的 EIP 存储在 TSS 中。

（我在这点之后猜测，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中。

Linux 0.11 为每个任务分配一个 ring 0 堆栈（即内核堆栈）（参见 fork.c 中的 copy_process 函数，它初始化 TSS）。当任务 A 期间发生中断时，旧的 EIP 将保存在内核空间堆栈而不是用户空间堆栈中。如果内核决定切换到任务 B，内核空间堆栈也会被切换。当内核最终切换回任务 A 时，此堆栈被切换回，通过 iret 我们可以返回到任务 A 中的位置。