64 位的 ASLR 和内存布局：是否仅限于规范部分 (128 TiB)？
ASLR and memory layout on 64 bits: Is it limited to the canonical part (128 TiB)?
在启用 ASLR 的情况下加载 PIE 可执行文件时，Linux 会限制程序段到规范部分（最多 0000_7fff_ffff_ffff）的映射，还是会使用完整的下部部分（开始位 0)?
显然 Linux 不会为您的进程提供不可用的地址，这会使它在尝试从 _start 执行代码时引发 #GP(0) 异常（并因此引发段错误）。 （或者如果接近截止点，当它尝试加载或存储 .data 或 .bss 时）
这实际上会发生在试图首先将 RIP 设置为非规范值的指令上，可能是 iret 或 sysret1.
在具有 48 位虚拟地址的系统上，零到 0000_7fff_ffff_ffff 是 虚拟地址 space 的完整下半部分，当表示为符号时扩展的 64 位值。
在支持 PML5（并由内核使用）的系统上，虚拟地址为 57 位宽，因此
零到 00ff_ffff_ffff_ffff 是规范范围的下半部分。
参见 https://www.kernel.org/doc/Documentation/x86/x86_64/mm.txt - 第一行是用户 space 范围。 （它谈论“56 位”虚拟地址。这是不正确的或误导性的，PML5 是 57 位的，额外的全级别页表，每级别 9 位。所以低半部分是 56 位，第 57 位为 0，高半部分是 56 位，第 57 位是 1。）
========================================================================================================================
Start addr | Offset | End addr | Size | VM area description
========================================================================================================================
| | | |
0000000000000000 | 0 | 00007fffffffffff | 128 TB | user-space virtual memory, different per mm
__________________|____________|__________________|_________|___________________________________________________________
| | | |
0000800000000000 | +128 TB | ffff7fffffffffff | ~16M TB | ... huge, almost 64 bits wide hole of non-canonical
| | | | virtual memory addresses up to the -128 TB
| | | | starting offset of kernel mappings.
__________________|____________|__________________|_________|___________________________________________________________
|
| Kernel-space virtual memory, shared between all processes:
...
或对于 PML5：
0000000000000000 | 0 | 00ffffffffffffff | 64 PB | user-space virtual memory, different per mm
__________________|____________|__________________|_________|___________________________________________________________
| | | |
0000800000000000 | +64 PB | ffff7fffffffffff | ~16K PB | ... huge, still almost 64 bits wide hole of non-canonical
| | | | virtual memory addresses up to the -64 PB
| | | | starting offset of kernel mappings.
脚注 1：
正如 prl 指出的那样，这种设计允许一个实现实际上只有 48 个实际位来存储 RIP 值在管道中的任何地方，除了跳转和检测有符号溢出以防执行超出末端进入非规范区域。 （也许在每个必须存储 uop 的地方保存晶体管，它需要知道它自己的地址。）不像你可以跳转 / iret 到任意 RIP，然后 #GP(0) 异常必须推送正确的64 位非规范地址，这意味着 CPU 必须暂时记住它。
对于调试查看跳转位置也更有用，因此以这种方式设计规则是有意义的，因为没有故意跳转到非规范地址的用例。 （与跳转到未映射的页面不同，#PF 异常处理程序可以修复这种情况，例如通过请求分页，因此您希望故障地址是新的 RIP。）
有趣的事实：在 Intel CPUs 上使用带有非规范 RIP 的 sysret 将在 ring 0 (CPL=0) 中使用#GP(0)，因此 RSP 不会切换并且仍然 = 用户堆栈。如果存在任何其他线程，这会让它们弄乱内核用作堆栈的内存。这是 IA-32e 中的设计缺陷，英特尔 x86-64 的实现。这就是为什么 Linux 使用 iret 到 return 到用户 space 从系统调用入口点，如果 ptrace 在此过程中在此期间被使用。内核知道一个新的进程将有一个安全的 RIP，因此它实际上可能使用 sysret 更快地跳转到用户 space。
在启用 ASLR 的情况下加载 PIE 可执行文件时，Linux 会限制程序段到规范部分（最多 0000_7fff_ffff_ffff）的映射，还是会使用完整的下部部分（开始位 0)?
显然 Linux 不会为您的进程提供不可用的地址，这会使它在尝试从 _start 执行代码时引发 #GP(0) 异常（并因此引发段错误）。 （或者如果接近截止点，当它尝试加载或存储 .data 或 .bss 时）
这实际上会发生在试图首先将 RIP 设置为非规范值的指令上，可能是 iret 或 sysret1.
在具有 48 位虚拟地址的系统上，零到 0000_7fff_ffff_ffff 是 虚拟地址 space 的完整下半部分，当表示为符号时扩展的 64 位值。
在支持 PML5（并由内核使用）的系统上，虚拟地址为 57 位宽，因此
零到 00ff_ffff_ffff_ffff 是规范范围的下半部分。
参见 https://www.kernel.org/doc/Documentation/x86/x86_64/mm.txt - 第一行是用户 space 范围。 （它谈论“56 位”虚拟地址。这是不正确的或误导性的，PML5 是 57 位的，额外的全级别页表，每级别 9 位。所以低半部分是 56 位，第 57 位为 0，高半部分是 56 位，第 57 位是 1。）
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Start addr | Offset | End addr | Size | VM area description
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0000800000000000 | +128 TB | ffff7fffffffffff | ~16M TB | ... huge, almost 64 bits wide hole of non-canonical
| | | | virtual memory addresses up to the -128 TB
| | | | starting offset of kernel mappings.
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| Kernel-space virtual memory, shared between all processes:
...
或对于 PML5：
0000000000000000 | 0 | 00ffffffffffffff | 64 PB | user-space virtual memory, different per mm
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0000800000000000 | +64 PB | ffff7fffffffffff | ~16K PB | ... huge, still almost 64 bits wide hole of non-canonical
| | | | virtual memory addresses up to the -64 PB
| | | | starting offset of kernel mappings.
脚注 1：
正如 prl 指出的那样，这种设计允许一个实现实际上只有 48 个实际位来存储 RIP 值在管道中的任何地方，除了跳转和检测有符号溢出以防执行超出末端进入非规范区域。 （也许在每个必须存储 uop 的地方保存晶体管，它需要知道它自己的地址。）不像你可以跳转 / iret 到任意 RIP，然后 #GP(0) 异常必须推送正确的64 位非规范地址，这意味着 CPU 必须暂时记住它。
对于调试查看跳转位置也更有用，因此以这种方式设计规则是有意义的，因为没有故意跳转到非规范地址的用例。 （与跳转到未映射的页面不同，#PF 异常处理程序可以修复这种情况，例如通过请求分页，因此您希望故障地址是新的 RIP。）
有趣的事实：在 Intel CPUs 上使用带有非规范 RIP 的 sysret 将在 ring 0 (CPL=0) 中使用#GP(0)，因此 RSP 不会切换并且仍然 = 用户堆栈。如果存在任何其他线程，这会让它们弄乱内核用作堆栈的内存。这是 IA-32e 中的设计缺陷，英特尔 x86-64 的实现。这就是为什么 Linux 使用 iret 到 return 到用户 space 从系统调用入口点，如果 ptrace 在此过程中在此期间被使用。内核知道一个新的进程将有一个安全的 RIP，因此它实际上可能使用 sysret 更快地跳转到用户 space。