Linux 内核如何在 x86 中进入超级用户模式？答案

【问题标题】：How does the Linux kernel enter supervisor mode in x86?Linux 内核如何在 x86 中进入超级用户模式？
【发布时间】：2021-03-05 00:33:19
【问题描述】：

我试图探测模式切换发生时的事件（用户->内核模式），结果我需要找到转换发生时会触发哪个函数。

似乎SBI 是 RISC-V 的过渡位置。我想知道为 x86 处理这个的代码在哪里？

【问题讨论】：

在 x86 上，通常用户空间使用 syscall。 64 位内核入口点在arch/x86/entry/entry_64.S 和arch/x86/entry/entry_64_compat.S 中定义。有关这些系统调用入口点如何工作的一些信息，请参阅What happens if you use the 32-bit int 0x80 Linux ABI in 64-bit code?。（至少在最近通过 C 进行重新设计之前。）
没有单一的方法。访问内存可能会触发内核模式（通常用于更新访问页数，用于缓存管理）。任何错误也可能触发内核。调试说明或陷阱。跳远（取决于描述符）。中断（硬件，例如调度程序的定时器，或来自设备的软件中断），系统调用......

【解决方案1】：

事情没那么简单。在 x86 中，有 4 种不同的权限级别：0（操作系统内核）、1、2 和 3（应用程序）。 Linux 中不使用特权级别 1 和 2：内核以特权级别 0 运行，而用户空间代码以特权级别 3 运行。当前特权级别 (CPL) 存储在 CS（代码段）的位 0 和 1 中注册。

从用户到内核的转换可以通过多种方式发生：

在任何情况下，都没有实际的代码进行转换：它是由处理器自己完成的，它从一个特权级别切换到另一个，并根据内核在启动后立即设置的信息。

在中断的情况下，使用Interrupt Descriptor Table (IDT) 的条目。请参阅this useful documentation page 关于 Linux 中的中断，其中解释了有关 IDT 的更多信息。如果您想了解详细信息，请查看Intel 64 and IA-32 architectures software developer's manual, Volume 3 的第 5 章。

简而言之，每个 IDT 条目都指定了一个描述符特权级别 (DPL) 以及一个新的代码段和偏移量。在软件中断的情况下，处理器会进行一些特权级别检查（其中之一是 CPL int 0x80 系统调用的方式。

对于像 sysenter 和 syscall 这样的专用指令，细节不同，但概念相似：CPU 检查权限，然后从专用的 Model Specific Registers (MSR) 中检索信息，该信息由之前设置启动后的内核。

对于系统调用，结果总是相同的：用户代码切换到特权级别 0 并开始执行内核代码，最终在内核定义的不同系统调用入口点之一的开头结束。

可能的系统调用入口点是：

entry_INT80_32 用于 32 位 int 0x80
entry_INT80_compat 用于 32 位 int 0x80 在 64 位内核上
entry_SYSENTER_32 用于 32 位 sysenter
entry_SYSENTER_compat 用于 32 位 sysenter 在 64 位内核上
entry_SYSCALL_64 用于 64 位 syscall
entry_SYSCALL_compat 用于 32 位内核 syscall 在 64 位内核上（用户代码不使用的特殊入口点，理论上 syscall 在 AMD CPU 上也是有效的 32 位指令，但 Linux 仅将其用于64 位，因为它的语义很奇怪）

【讨论】：