SYSENTER——快速系统调用

SYSENTER——快速系统调用
 

SYSENTER用来快速调用一个0层的系统过程。SYSENTER是SYSEXIT的同伴指令。该指令经过了优化，它可以使将由用户代码（运行在3层）向操作系统或执行程序（运行在0层）发起的系统调用发挥最大的性能。

 

在调用SYSENTER指令前，软件必须通过下面的MSR寄存器，指定0层的代码段和代码指针，0层的堆栈段和堆栈指针：

1.       IA32_SYSENTER_CS：一个32位值。低16位是0层的代码段的选择子。该值同时用来计算0层的堆栈的选择子。

2.       IA32_SYSENTER_EIP：包含一个32位的0层的代码指针，指向第一条指令。

3.       IA32_SYSENTER_ESP：包含一个32位的0层的堆栈指针。

 

MSR寄存器可以通过指令RDMSR/WRMSR来进行读写。寄存器地址如下表。这些地址值在以后的intel 64和IA32处理器中是固定不变的。

MSR	地址
IA32_SYSENTER_CS	174H
IA32_SYSENTER_ESP	175H
IA32_SYSENTER_EIP	176H

 

当执行SYSENTER，处理器会做下面的动作：

1.       从IA32_SYSENTER_CS从取出段选择子加载到CS中。

2.       从IA32_SYSENTER_EIP取出指令指针放到EIP中

3.       将IA32_SYSENTER_CS的值加上8，将其结果加载到SS中。

4.       从IA32_SYSENTER_ESP取出堆栈指针放到ESP寄存器中

5.       切换到0层。

6.       若EFLAGS中VM标志已被置，则清除VM标志。

7.       开始执行选择的系统过程。

 

处理器不保存返回地址和调用过程的其他状态信息。

 

SYSENTER指令总是转移到DPL为0的保护模式下的代码段。这条指令需要操作系统首先满足下面的条件：

1.       选择的系统代码段必须是一个平坦的、32位最大为4G的代码段。此段必须是可执行的、可读、已存取、非一致的。

2.       选择的系统堆栈段必须是一个平坦的、32位最大为4G的数据段。此段必须可读写、已存取、可向上扩展。

 

SYSENTER可在除实地址模式外所有其他模式下执行。

 

SYSENTER和SYSEXIT是同伴指令，但是它们并不像CALL/RET指令对。当执行SYSENTER时，处理器并不会为用户代码保存状态信息。而且无论是SYSENTER还是SYSEXIT都不能通过堆栈传递参数。

 

为了能通过SYSENTER/SYSEXIT指令，使控制在3层用户代码和0层操作系统代码之间相互转移，必须满足下面的条件：

1.       0层的代码段和0层堆栈段段以及3层的代码段和3层堆栈段在GDT中必须连续。这样就可以使处理器能从从SYSENTER_CS_MSR的值计算出其他的选择子的值了。

 

2.       .若要返回调用过程，由用户代码执行的快速系统调用“桩”(STUB)例程（通常在共享库或DLL中）必须保存返回地址以及处理器的状态信息；当要返回至用户代码时，操作系统或者由SYSENTER调用的执行程序必须使用这些保存的地址和状态信息。

 

SYSENTER和SYSEXIT指令是从Pentium II开始新加入到IA32位架构中来的。这两个指令在处理器上是否有效要看CPUID指令返回的EDX寄存器中SEP标记（SYSENTER/SYSEXIT存在标记）是否置上。操作系统若要检查SEP标记必须要同时检查处理器族（family）和型号（model），这样才能确保结果的准确性。例如：

 

IF (CPUID SEP bit is set) IF (Family == 6) AND (Model < 3) AND (Stepping < 3) THEN Fast System Call NOT supported FI; ELSE Fast System Call is supported FI

 

当CPUID指令在Penitum Pro（Model 1）上执行，虽然返回的SEP标志是置上的，但该处理器还是不支持SYSENTER/SYSEXIT指令的。

 

 

Q:请问一下这个切换到0层的代码段是操作系统提供的吗？还是用户自己边编写的啊？ 我现在要实现的是在用户模式下，比如VC里面执行特权指令，这用SYSENTER/SYSEXIT可以吗？

A:切换的过程就是SYSENTER/SYSEXIT提供的，不需要用户写。你只要将上述的几个寄存器填好就行。

但是转移后即RING 0 下的代码你要准备好（一般是加载用驱动的方法加载一段代码），其实这也是上述寄存器要的。

而一样情况下特权指令都是在RING 0 下执行的，所以你可以在你的驱动中执行这些特权指令。