如果系统调用与操作系统相关，为什么 x86-64 ISA 中有“syscall”指令？-解网

问：

我对在操作系统、汇编和机器代码中使用系统调用有点困惑。

据我了解，syscalls 是用户和应用程序向操作系统请求服务和资源的接口，其实现取决于机器中使用的操作系统类型。它们的实现是用机器代码完成的。

那么，如果 x86-64 ISA 中只有与操作系统相关的“syscall”指令，为什么这些指令呢？

这是真的吗，如果是这样，在机器上没有操作系统的不切实际的情况下会发生什么？“syscall”机器指令是否不可用？

我查了一下，从我发现的大多数 ISA “猜测”计算机中操作系统的使用，并且默认情况下提供了快速简便的方法，通过机器代码调用这些操作系统，将执行定向到内核代码中的某个位置，其中包括系统调用的实现。

装配操作系统系统调用机器代码指令集

您可以将其视为具有提升权限的固定地址。这是一种将控制权转移到操作系统的方法。如果你没有一个子程序，而你只是进入虚空，那也是行不通的。同样，如果您没有操作系统，则无法工作。请注意，操作系统本身会设置将使用的地址。syscallcallcallsyscallsyscall

1赞 Erik Eidt 8/16/2023

许多处理器提供的指令和/或功能并非每个程序或应用程序都使用。如果没有 syscall 的处理程序，那么使用该指令就没有意义，并且在该环境中根本无法完成。不要求程序使用处理器的所有可能功能。

3赞 Jester 8/16/2023

添加说明是因为它们被认为有用。大多数系统将使用操作系统，因此调用系统调用的快速方法很有用。软件中断指令一直存在，并且是调用操作系统的经典方式。并已添加为更快的版本。必须由操作系统启用，如果您没有操作系统，则未启用它，尝试使用它将导致 #UD 异常。有许多指令在没有操作系统的情况下无法使用（对于 cpu 来说，这意味着在权限级别 0 下运行的受保护或长模式代码）。INTsyscallsysentersyscall

1赞 teapot418 8/16/2023

也许 stackoverflow.com/questions/56854297/ 的文章会对你有所帮助。

答：

4赞 user22405329 8/17/2023 #1

因为某些操作系统功能需要特殊的硬件支持。如果没有这种支持，此类操作系统就无法运行。因此，CPU 设计人员必须要么提供这些功能，要么知道大多数现代操作系统永远不会在他们的系统上运行。一些低功耗 CPU 确实采用了这种方式。

大多数现代操作系统都使用用户程序的“沙盒”——它们将每个程序放入自己的“沙盒”中，将其与其他程序和真实硬件隔离开来。这保护了稳定性 - 一个程序的崩溃将被控制，并且不会级联成其他程序或整个系统的崩溃。它允许在同一台计算机上运行具有不同权限的程序。它甚至允许安全地运行有些恶意的程序。

如果没有 CPU 支持，这些沙盒功能几乎是不可行的。操作系统永远无法安全地让 CPU 执行代码，因为它很清楚，只要互联网上的一些代码会告诉它，它就会很乐意向驱动器发送“全部格式化”命令。剩下的唯一选择是在软件中模拟代码。软件仿真非常慢，我们需要一个x86_64仿真器来安全地在x86_64 CPU 上运行程序的想法有些愚蠢，你不觉得吗？

因此，CPU 设计人员提供了操作系统所需的功能：

虚拟内存，因此操作系统可以为程序提供虚假的内存映射，并限制它们对真实内存和内存映射 IO 设备的访问。这增加了相关的指令：“启用/禁用虚拟内存”、“修改虚拟映射”。
用户（“沙箱”）和内核（“系统”）模式，因此程序无法运行一些可以将其从沙箱中解脱出来的指令（例如，禁用虚拟内存的指令）。这需要“进入沙盒”和“离开沙盒”指令。

这是一个“离开沙盒”指令。有必要运行现代“沙盒”操作系统。还有其他一些方法可以执行“离开沙盒”操作（x86_64本身有一个较旧的指令），但旨在更快地完成。syscallintsyscall

上一个：在 LLVM 中选择匕首到机器指令？

下一个：GNU 汇编。“Movq %rsp， %rax” 被组装成一个只有 3 字节的二进制文件。不是 8 字节。为什么？[复制]

如果系统调用与操作系统相关，为什么 x86-64 ISA 中有“syscall”指令？

Why is there "syscall" instruction in the x86-64 ISA, if syscalls are OS related?

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