在内联C程序集中执行系统调用会导致segfault

我最近涉猎了低级编程，想做一个接受

（CType-rax、CType-rbx、CType-rcx、CType-rdx）的函数
somesyscall
。struct CType看起来像：

/*
    TYPES:
        0 int
        1 string
        2 bool
*/
typedef struct {
    void* val;
    int typev;
} CType;

函数有点混乱，但理论上应该可以工作：

#include <errno.h>
#include <stdbool.h>
#include "ctypes.h"

//define functions to set registers
#define seteax(val) asm("mov %0, %%rax" :: "g" (val) : "%rax")
#define setebx(val) asm("mov %0, %%rbx" :: "g" (val) : "%rbx")
#define setecx(val) asm("mov %0, %%rcx" :: "g" (val) : "%rcx")
#define setedx(val) asm("mov %0, %%rdx" :: "g" (val) : "%rdx")
///////////////////////////////////

#define setregister(value, register)       \
switch (value.typev) {                     \
    case 0: {                              \
        register(*((double*)value.val));   \
        break;                             \
    }                                      \
    case 1: {                              \
        register(*((char**)value.val));    \
        break;                             \
    }                                      \
    case 2: {                              \
        register(*((bool*)value.val));     \
        break;                             \
    }                                      \
}

static inline long int somesyscall(CType a0, CType a1, CType a2, CType a3) {

    //set the registers
    setregister(a0, seteax);
    setregister(a1, setebx);
    setregister(a2, setecx);
    setregister(a3, setedx);
    ///////////////////

    asm("int $0x80"); //interrupt

    //fetch back the rax
    long int raxret;
    asm("mov %%rax, %0" : "=r" (raxret));

    return raxret;
}

并使用

我犯了一个错误。然而，一切看起来都是正确的。我在这里做错了什么吗？
在宏扩展之后，您将看到类似

long int raxret;

asm("mov %0, %%rax" :: "g" (a0) : "%rax");
asm("mov %0, %%rbx" :: "g" (a1) : "%rbx");
asm("mov %0, %%rcx" :: "g" (a2) : "%rcx");
asm("mov %0, %%rdx" :: "g" (a3) : "%rdx");
asm("int $0x80");
asm("mov %%rax, %0" : "=r" (raxret));

这不起作用，因为您没有告诉编译器，在
asm
语句序列期间，不允许将
rax
、
rbx
、
rcx
和
rdx
用于其他内容。例如，寄存器分配器可能会决定将
a2
从堆栈复制到
rax
，然后使用
rax
作为
mov%0、%%rcx
指令的输入操作数——对放入
rax
的值进行压缩

（没有输出的asm语句是无效的，因此前5个语句不能相对彼此重新排序，但最后一个语句可以移动到任何位置。例如，在以后的代码之后，可以移动到编译器可以方便地在其选择的寄存器中生成
raxret
。此时RAX可能不再具有系统调用返回值-您需要告诉编译器输出来自实际生成它的asm语句，而不假设asm语句之间存在任何寄存器。）

有两种不同的方法告诉编译器不要这样做：

仅将
int
指令放在asm中，并用约束字母表示在哪个寄存器中的所有要求：

asm volatile ("int $0x80" 
    : "=a" (raxret)                              // outputs
    : "a" (a0), "b" (a1), "c" (a2), "d" (a3)     // pure inputs
    : "memory", "r8", "r9", "r10", "r11"         // clobbers
     // 32-bit int 0x80 system calls in 64-bit code zero R8..R11
     // for native "syscall", clobber "rcx", "r11".
 );

对于这个简单的示例，这是可能的，但一般来说并不总是可能的，因为每个寄存器都没有约束字母，特别是在除x86之外的CPU上

     // use the native 64-bit syscall ABI
     // remove the r8..r11 clobbers for 32-bit mode


仅将
int
指令放在asm中，并用以下内容表达进入寄存器的要求：

无论您需要使用哪个寄存器，这都会起作用。它可能与您试图用来擦除类型的宏更兼容


顺便说一句，如果这是64位x86/Linux，那么参数属于ABI标准传入参数寄存器（按该顺序为rdi、rsi、rdx、rcx、r8、r9），而不是rbx、rcx、rdx等。不过，系统调用号仍然是rax。（如果您为特定的系统调用编写包装，请使用
#include中的调用号码告诉GCC哪些内存可能被读取或写入，而不是
“内存”
clobber）

一些无指针的情况包括
getpid
，在这种情况下，避免往返内核模式会快得多，就像glibc对适当的系统调用所做的那样。这也适用于使用指针的
clock\u gettime
）


顺便说一句，请注意实际的内核接口与C库包装器提供的接口不匹配。这通常记录在手册页的“注释”部分中，例如，对于和
，在宏扩展之后，您将有如下内容

long int raxret;

asm("mov %0, %%rax" :: "g" (a0) : "%rax");
asm("mov %0, %%rbx" :: "g" (a1) : "%rbx");
asm("mov %0, %%rcx" :: "g" (a2) : "%rcx");
asm("mov %0, %%rdx" :: "g" (a3) : "%rdx");
asm("int $0x80");
asm("mov %%rax, %0" : "=r" (raxret));

这不起作用，因为您没有告诉编译器，在
asm
语句序列期间，不允许将
rax
、
rbx
、
rcx
和
rdx
用于其他内容。例如，寄存器分配器可能决定将
a2
从堆栈复制到
rax
，并且然后使用
rax
作为
mov%0、%%rcx
指令的输入操作数--删除输入
rax
的值

（没有输出的asm语句是无效的，因此前5个语句不能相对彼此重新排序，但最后一个语句可以移动到任何位置。例如，在以后的代码之后，可以移动到编译器可以方便地在其选择的寄存器中生成
raxret
。此时RAX可能不再具有系统调用返回值-您需要告诉编译器输出来自实际生成它的asm语句，而不假设asm语句之间存在任何寄存器。）

有两种不同的方法告诉编译器不要这样做：

仅将
int
指令放在asm中，并用约束字母表示在哪个寄存器中的所有要求：

asm volatile ("int $0x80" 
    : "=a" (raxret)                              // outputs
    : "a" (a0), "b" (a1), "c" (a2), "d" (a3)     // pure inputs
    : "memory", "r8", "r9", "r10", "r11"         // clobbers
     // 32-bit int 0x80 system calls in 64-bit code zero R8..R11
     // for native "syscall", clobber "rcx", "r11".
 );

对于这个简单的示例，这是可能的，但一般来说并不总是可能的，因为每个寄存器都没有约束字母，特别是在除x86之外的CPU上

     // use the native 64-bit syscall ABI
     // remove the r8..r11 clobbers for 32-bit mode


仅将
int
指令放在asm中，并用以下内容表达进入寄存器的要求：

无论您需要使用哪个寄存器，这都会起作用。它可能与您试图用来擦除类型的宏更兼容


顺便说一句，如果这是64位x86/Linux，那么参数属于ABI标准传入参数寄存器（按该顺序为rdi、rsi、rdx、rcx、r8、r9），而不是rbx、rcx、rdx等。不过，系统调用号仍然是rax。（如果您为特定的系统调用编写包装，请使用
#include中的调用号码告诉GCC哪些内存可能被读取或写入，而不是
“内存”
clobber）

一些无指针的情况包括
getpid
，在这种情况下，避免往返内核模式会快得多，就像glibc对适当的系统调用所做的那样。这也适用于使用指针的
clock\u gettime
）


顺便说一句，请注意实际的内核接口与C库包装器提供的接口不匹配。这通常记录在手册页的注释部分，例如for和
请注意，32位
int$0x80
API（实际上是64位代码）使用了它的参数