AOSP 非显而易见的 syscall() 实现

Question

据我所知 Linux ARM 的 ABI 声明系统调用 return 值是通过 r0 传递的，如果它是负数，则应该将其作为 errno 值取反进行线程处理。即系统调用以一些错误结束。 AOSP does this check 以某种奇特的方式：

ENTRY(syscall)
    mov     ip, sp
    stmfd   sp!, {r4, r5, r6, r7}
    .cfi_def_cfa_offset 16
    .cfi_rel_offset r4, 0
    .cfi_rel_offset r5, 4
    .cfi_rel_offset r6, 8
    .cfi_rel_offset r7, 12
    mov     r7, r0
    mov     r0, r1
    mov     r1, r2
    mov     r2, r3
    ldmfd   ip, {r3, r4, r5, r6}
    swi     #0
    ldmfd   sp!, {r4, r5, r6, r7}
    .cfi_def_cfa_offset 0
    cmn     r0, #(MAX_ERRNO + 1) /* Set C flag if r0 is between -4095 and -1, set Z flag if r0 == -4096 */
    bxls    lr                   /* return if Z is set or C is clear */
    neg     r0, r0
    b       __set_errno_internal
END(syscall)

看起来此函数不会威胁 r0 < -4096 作为错误条件。虽然它应该。当然，真正的 errno 将适合允许的间隙，但无论如何，以这种方式执行检查而不是仅仅测试 r0 是否存在负面影响的理由是什么？

P.S。如果我遗漏了什么或者只是我的分析不正确 - 任何评论表示赞赏。

Answer 1

对 errno 值的 Apper 限制 4095 是有意的，在代码中使用这些知识是可以的。实际上，这修改了价值模型，由系统调用和一些其他内核函数返回，到：

[-4095 ... -1] - 错误
其他值 - 结果

此模型允许更多可能的结果值。例如，如果将结果解释为无符号长整数，则结果的值范围从 [0... (MAX/2)] 扩展到 [0 ... (MAX - 4096)]。这很有用，例如当结果是指针时，请参阅 IS_ERR 宏的 implementation。

Answer 2

通常情况下，mmap 的 return 值如果解释为有符号数，则为负数。

Answer 3

Linux的system-callABI/API就是这样设计的，只允许有限范围的-errno值，避免用完一半的范围一小组错误代码的可能 return 值。（没有人需要超过 4095 个错误代码吗？）

正如@Timothy 指出的那样，mmap 是一个很好的例子：它需要 return 一个指针。 mmap 的 return 值始终为 page-aligned，因此在具有 4k 页或更大页面（即几乎（？）所有内容）的系统上，-4095 是最大负数您可以在不使用有效页面地址的情况下使用。

-4095 = 2^32 - 4095 在 32 位 2 的补码系统中。最高page-start地址是2^32-4096。这就是选择 this 范围作为“错误”范围的明显动机。

(但请注意，您仍然不能映射虚拟地址 space、even for a 32-bit process under a 64-bit kernel 的最高页，即使 -4096UL 将是 non-error return 来自 mmap。内核内部使用相同的 in-band -errno 指针代码机制，而不仅仅是 system-call ABI，因此它保留了首页，以防止出现同时也是错误代码的有效指针。这也避免了极端情况的可能性，例如指向数组 one-past-end 的指针为 0（NULL）。）

意味着错误的值的范围在理论上是 platform-dependent 和系统调用 ABI 的一部分，但 AFAIK Linux 在它支持的每个平台上使用 [-4095..-1]。非 x86 或 ARM-specific 的 C 源文件中的 MUSL libc 实现 hard-codes -4096UL：/src/internal/syscall_ret.c.

正如@Tsyvarev 指出的那样，Linux 将 MAX_ERRNO 定义为 4095 in include/linux/err.h，而不是 arch-specific header. （一条评论指出，如果需要的话，它可以被制作成 arch-specific，并且它是根据内核指针的工作方式而特别选择的。）

x86-64 System V ABI 也有一个关于 Linux 系统调用的信息性（非规范性）部分，其中指定了 -4095 到 -1 的范围。（Search for -4095). (Other platforms using x86-64 System V can vary their syscall ABI, like FreeBSD 或 MacOS）

有趣的事实：这意味着 sys_getpriority 不能直接 return nice 级别。相反 it returns 20-nice, which maps the -20..19 range of nice values to 40..1。 libc 包装函数必须在通用 retval > -4096UL 检查检测到 non-error return 值后解码 nice 值。

有趣的事实 #2：某些 Linux 平台（例如 MIPS 和 PowerPC）上的系统调用 ABI returns -1 在 return 值和 errno 代码中在一个单独的寄存器中。资料来源：syscall inline-asm wrapper library 中的评论。（看起来是一个不错的库；避免了某些系统调用包装器 header 所具有的缺失 "memory" 破坏等问题。）

AOSP 非显而易见的 syscall() 实现

AOSP non-obvious syscall() implementation

assembly

linux-kernel

arm

system-calls

libc