1.結構體ioctl_trans：

struct ioctl_trans {

unsigned long cmd;

ioctl_trans_handler_t handler;

struct ioctl_trans *next;

};

該結構體提供了一個粘合層，用戶可以動態注冊一個ioctl_trans以便其提供64位和32位的粘合：

extern int register_ioctl32_conversion(unsigned int cmd,

ioctl_trans_handler_t handler);

extern int unregister_ioctl32_conversion(unsigned int cmd);

整個系統的ioctl_trans連接成一個哈希表，放在ioctl32_hash_table變量中。每一個ioctl_trans的handler都是一個回調函數，在其中將64位的數據和32位的數據類型進行統一，統一成64位可以正確識別和處理的，以防在后續的64位代碼中出錯，比如一個32位的signed int為-1，需要將之轉化成64個1而不是32個0加上32個1。

2.一套完整的系統調用：

如果不這樣的話，32位程序的系統調用如何被路由到通過ioctl_trans們進行粘合的代碼就成了問題，要知道x86-64已經不使用int 0x80作為觸發系統調用的機制了，而使用syscall指令來觸發。那么原來的32位程序都是用int 0x80來觸發的，這下怎么辦？辦法就是仍然保留0x80號中斷號，將其處理程序設置成ia32_syscall，它在ia32_sys_call_table中找具體的系統調用處理函數，具體在arch/x86_64/ia32/ia32entry.S中：

ENTRY(ia32_syscall)

CFI_STARTPROC

swapgs

sti

movl %eax,%eax

pushq %rax

cld

SAVE_ARGS 0,0,1

GET_THREAD_INFO(%r10)

testl $(_TIF_SYSCALL_TRACE|_TIF_SYSCALL_AUDIT),threadinfo_flags(%r10)

jnz ia32_tracesys

ia32_do_syscall:

cmpl $(IA32_NR_syscalls),%eax

jae? ia32_badsys

IA32_ARG_FIXUP

call *ia32_sys_call_table(,%rax,8) # xxx: rip relative

...

ia32_sys_call_table:

.quad sys_restart_syscall

.quad sys_exit

.quad stub32_fork

.quad sys_read

...

.quad compat_sys_ioctl

...

在arch/x86_64/kernel/traps.c的trap_init函數中將ia32_syscall設置成0x80號中斷的處理程序：

set_system_gate(IA32_SYSCALL_VECTOR, ia32_syscall);//#define IA32_SYSCALL_VECTOR 0x80

那么使用sysenter的怎么辦呢？ 這是通過在exec的時候由內核檢測到其是32位程序是動態將處理代碼map到gate處的，要知道x86-64也不使用sysenter機制進行系統調用。那64位的x86-64怎么系統調用呢？在arch/x86-64/kernel/entry.S中有ENTRY(system_call)這個標志，在arch/x86_64/kernel/setup64.c中的syscall_init函數中有以下一行：

wrmsrl(MSR_LSTAR, system_call);

可見64位的x86-64是通過一個MSR寄存器來保存系統調用處理地址的，而不再是通過中斷。至于說機器如何處理這個信息以及這個寄存器如何影響系統運行，這已經到x86-64體系的cpu實現硬件問題了，和本文的linux系統的要旨無關，此處簡略(再說不簡略也不行啊，我也不會啊)。

3.總結

由于硬件指令的兼容，32位的程序在用戶態不受任何影響的運行，由于內核保留了0x80號中斷作為32位程序的系統調用服務，因此32位程序可以安全觸發0x80號中斷使用系統調用，由于內核為0x80中斷安排了另一套全新的系統調用表，因此可以安全地轉換數據類型成一致的64位類型，再加上應用級別提供了兩套c庫，可以使64位和32位程序鏈接不同的庫。因此linux的64-32兼容搞得非常好。

為了看一下在x86-64上64位程序和32位程序是如何執行系統調用的，寫一個最簡單的測試程序：

#include

#include

int main()

{

getpid();

}

之所以選擇getpid是因為它沒有參數，最簡單，將之在Red Hat 32位機器上按照如下命令行編譯：

gcc test.c -o test-32 -g

然后再將之在64位機器上同樣方式編譯，只是可執行文件名字變為test-64。接下來首先gdb test-32：

(gdb) b main

...

(gdb) r

...

(gdb) b getpid

Breakpoint 2 at 0xf7f3d430

(gdb) disassemble? 0xf7f3d430 0xf7f3d43a

0xf7f3d430 :? mov??? $0x14,%eax??? #0x14是20，正是getpid的系統調用號

0xf7f3d435 :? int??? $0x80??? ???? #32位程序以int 0x80觸發系統調用

0xf7f3d437 :? ret

0xf7f3d438 :? nop

0xf7f3d439 :? nop

End of assembler dump.

(gdb)

結果全部在，可見即使在64位機器上，32位程序仍然使用int 0x80觸發系統調用，在內核中已經注冊了0x80的中斷處理函數。接下來再試一下64位的程序如何觸發系統調用，執行gdb test-64：

(gdb) b main

...

(gdb) r

...

(gdb) b getpid

Breakpoint 2 at 0x32fbf90f40

(gdb) disassemble 0x32fbf90f40 0x32fbf90f70

Dump of assembler code from 0x32fbf90f40 to 0x32fbf90f70:

0x00000032fbf90f40 :? mov??? %fs:0x94,%edx

0x00000032fbf90f48 :? test?? %edx,%edx

0x00000032fbf90f4a : mov??? %edx,%eax

0x00000032fbf90f4c : jle??? 0x32fbf90f50

0x00000032fbf90f4e : repz retq

0x00000032fbf90f50 : jne??? 0x32fbf90f5e

0x00000032fbf90f52 : mov??? %fs:0x90,%eax

0x00000032fbf90f5a : test?? %eax,%eax

0x00000032fbf90f5c : jne??? 0x32fbf90f4e

0x00000032fbf90f5e : mov??? $0x27,%eax #系統調用號裝入eax

0x00000032fbf90f63 : syscall?? ??? ? #執行系統調用

0x00000032fbf90f65 : test?? %edx,%edx

0x00000032fbf90f67 : jne??? 0x32fbf90f4e

0x00000032fbf90f69 : mov??? %eax,%fs:0x90

值得注意的是，在2.6.9內核的x86-64機器上，getpid和32位機器的getpid系統調用號有所不同，在64位上是39號，定義在include/asm-x86_64/unistd.h：

#define __NR_getpid???????????????????????????? 39

__SYSCALL(__NR_getpid, sys_getpid)

而剛才看到過，32位兼容的getpid的系統調用號為20，定義在arch/x86_64/ia32/ia32entry.S中：

ia32_sys_call_table:

...

.quad sys_getpid??????????????? /* 20 */

...

PS：千萬不要覺得test.c很簡單然后就stepi單指令跟蹤哦，因為這會涉及到一大堆跳轉，如果你不明白鏈接的知識，不了解GOT和PIC的話，那就麻煩大了，因此還是直接在getpid處下斷比較直觀，如果你想順便把代碼重定位和GOT等玩意兒搞了的話，也可以試一下，反正在調試器面前，整個地址空間都會暴露，想看什么都行，當然，要學會讓/proc//maps等文件幫忙哦。

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標簽：ia32,調用,x86,32,64,getpid,linux

來源： https://www.cnblogs.com/ksiwnhiwhs/p/10390736.html

與50位技術專家面對面20年技術見證，附贈技術全景圖

總結

以上是生活随笔為你收集整理的linux 64位兼容32位,linux的64位操作系统对32位程序的兼容-全面分析的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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