使用 r8 寄存器作为循环计数器会导致无限循环 - 为什么？答案

【问题标题】：Using r8 register as a loop counter results in endless loop - why?使用 r8 寄存器作为循环计数器会导致无限循环 - 为什么？
【发布时间】：2016-11-25 02:15:58
【问题描述】：

以下代码使用 rsi 寄存器作为循环计数器打印 hello world 10 次。

section .data
    hello:     db 'Hello world!',10   
    helloLen:  equ $-hello             

section .text
    global _start

_start:
    mov rsi, 0                 ;<--- use r8 here

do_loop:
    inc rsi                    ;<--- use r8 here

    ;print hello world
    mov eax,4             
    mov ebx,1            
    mov ecx,hello       
    mov edx,helloLen     

    int 80h              

    cmp rsi, 10                ;<--- use r8 here
    jnz do_loop

    ;system exit
    mov eax,1            ; The system call for exit (sys_exit)
    mov ebx,0            ; Exit with return code of 0 (no error)
    int 80h;

如果我尝试使用 r8 寄存器而不是 rsi 作为循环计数器，则会导致无限循环。这里的 r8 寄存器只是一个例子。它也发生在寄存器 r9、r10 上。

谁能解释一下，因为我认为这些都是通用寄存器，应该允许你使用它们？

【问题讨论】：

您在 64 位模式下使用 32 位系统调用。坏主意。
有趣。当从 64 位代码调用时，也许 Linux 的 int 0x80 32 位 ABI 会破坏高位寄存器？在 Linux 中，syscall 破坏了 rcx 和 r11，但保留了其他所有内容（当然，返回值的 rax 除外）。通常人们在尝试传递不适合 32 位的指针时会遇到int 0x80 ABI 的问题。（导致-EFAULT）
尝试使用 layout reg 在 gdb 中单步执行以突出显示更改的 regs。（见底部x86 tag wiki
不仅高位，而且 64 位额外寄存器作为一个整体没有被 32 位系统调用保存，原因很明显。几乎没有“奇怪”。
好吧，情况似乎和我想象的不一样，compatibility int 80 handler 实际上将r8 到r11 的寄存器显式归零，并保留了其他寄存器的全部 64 位（rax 除外这当然是返回值）。

标签： linux assembly x86-64 nasm system-calls

【解决方案1】：

TL;DR : int 0x80 隐式归零 R8, R9、R10 和 R11 在 64 位 Linux 系统上返回用户态代码之前。此行为发生在 2.6.32-rc1 之后的内核上。对于首选的 64 位 SYSCALL 调用约定，情况并非如此。

您正在体验 2.6.32-rc1 版本之后的 Linux 内核的特殊性。对于 Linux 内核版本 R8、R9、R10 和 R11 现在是当内核从int 0x80 返回时归零。

您可能认为这些寄存器在兼容模式（32 位代码）下无关紧要，因为这些较新的寄存器不可用。这是一个错误的假设，因为 32 位应用程序可以切换到 64 位长模式并访问这些寄存器。发现此问题的Linux Kernel Mailing List post 表示：

x86：不要将 64 位内核寄存器值泄露给 32 位进程

虽然 32 位进程不能直接访问 R8...R15，但它们可以获得通过暂时将自己切换到这些寄存器来访问 64 位模式。

Jon Oberheide 提供了在早期内核上演示寄存器泄漏的代码。它创建一个 32 位应用程序以在启用 IA32 兼容性的 x86-64 系统上运行。程序切换到 64 位长模式，然后将寄存器 R8-R11 存储到兼容模式（32 位模式）下可用的通用寄存器中。 John 在article 中讨论了具体细节。他在这段摘录中很好地总结了漏洞和内核修复：

漏洞

导致此漏洞的根本问题是缺乏从一个返回时清零几个 x86-64 寄存器系统调用。 32 位应用程序可能能够切换到 64 位模式并访问 r8、r9、r10 和 r11 寄存器以泄露它们之前的价值观。此问题由 Jan Beulich 发现并修复 10 月 1 日。 解决方法显然是将这些寄存器归零以避免向用户空间泄露任何信息。

如果您要在像 GDB 这样的调试器中单步调试您的代码，您应该会发现 R8 实际上在int 0x80 之后设置为零。由于它是您的循环计数器，因此您的程序最终会无限循环打印Hello world!。

【讨论】：