可以在内核模式之外进入 x64 32 位“长兼容性子模式”吗？

Question

这可能与 Is it possible to execute 32-bit code in 64-bit process by doing mode-switching?，但这个问题是一年前的问题，只有一个没有给出任何源代码的答案。我希望得到更详细的答案。

我正在运行 64 位 Linux（Ubuntu 12.04，如果重要的话）。这是一些分配页面的代码，将一些 64 位代码写入其中，然后执行该代码。

#include <assert.h>
#include <malloc.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/mman.h>  // mprotect
#include <unistd.h>  // sysconf

unsigned char test_function[] = { 0xC3 };  // RET
int main()
{
    int pagesize = sysconf(_SC_PAGE_SIZE);
    unsigned char *buffer = memalign(pagesize, pagesize);
    void (*func)() = (void (*)())buffer;

    memcpy(buffer, test_function, sizeof test_function);

    // func();  // will segfault 
    mprotect(buffer, pagesize, PROT_EXEC);
    func();  // works fine
}

现在，纯粹出于娱乐价值，我想做同样的事情，但 buffer 包含任意 32 位 (ia32) 代码，而不是 64 位代码。 This page 意味着您可以通过将 CS 段描述符的位设置为 LMA=1, L=0, D=1 进入“长兼容性子模式”，在 64 位处理器上执行 32 位代码。我愿意将我的 32 位代码包装在执行此设置的序言/尾声中。

但是可以我在 Linux 中的用户模式下进行此设置吗？ （BSD/Darwin 的答案也将被接受。）这是我开始对这些概念产生真正模糊的地方。我认为解决方案包括向 GDT（或者它是 LDT？）添加一个新的段描述符，然后通过 lcall 指令切换到该段。但是这一切都可以在用户模式下完成吗？

这是一个示例函数，当在兼容性子模式下成功运行时应返回 4，在长模式下运行时应返回 8。我的目标是获取指令指针以获取此代码路径并以%rax=4 从另一端出来，而无需进入内核模式（或仅通过记录的系统调用这样做）。

unsigned char behave_differently_depending_on_processor_mode[] = {
    0x89, 0xE0,  // movl %esp, %eax
    0x56,        // push %{e,r}si
    0x29, 0xE0,  // subl %esp, %eax
    0x5E,        // pop %{e,r}si
    0xC3         // ret
};

Answer 1

是的，你可以。使用完全支持的接口甚至是可行的。使用 modify_ldt 将 32 位代码段安装到 LDT 中，然后设置一个指向 32 位代码的远指针，然后使用 AT&T 表示法中的ljumpl *(%eax) 间接跳转到它。

不过，你会遇到各种各样的麻烦。堆栈指针的高位可能会被破坏。如果你真的想运行真正的代码，你可能需要一个数据段。而且您需要再进行一次远跳才能回到 64 位模式。

一个完整的例子在我的linux-clock-teststest_vsyscall.cc。 （在任何已发布的内核上都有点损坏：int cc 会崩溃。您应该将其更改为更聪明的东西，例如“nop”。查看intcc32。