在64位linux上从32位模式切换到64位(长模式)

Question

我的程序是在x86_64 CPU(64位操作系统,ubuntu 8.04)上运行的32位模式.是否可以暂时在用户模式下切换到64位模式(长模式)？如果是这样,怎么样？

背景故事:我正在编写一个与32位模式程序链接的库,因此它必须在启动时为32位模式.但是,我想使用更快的x86_64指令来获得更好的性能.所以我想切换到64位模式做一些纯粹的计算(没有操作系统交互;不需要64位寻址)并在返回调用者之前回到32位.

我发现有一些相关但不同的问题.例如,

• 在64位程序中运行32位代码
• 在32位操作系统中运行64位代码

我的问题是"在32位程序中运行64位代码,64位操作系统"

Answer 1

与其他答案相反,我断言原则上简短的答案是肯定的.这可能不会以任何方式正式支持,但似乎有效.在这个答案的最后,我提出了一个演示.

在Linux-x86_64上,32位(以及X32,根据GDB源)进程获得的CS寄存器等于0x23- 在GDT中定义的32位环3代码段的选择器(其基数为0).和64个的进程得到另一个选择器:0x33-长模式(即64位)环3的代码段(为碱基的选择器ES,CS,SS,DS无条件地视为零在64位模式).因此,如果我们使用目标段选择器进行远程跳转,远程调用或类似的操作0x33,我们将相应的描述符加载到阴影部分CS并最终以64位段结束.

本答案底部的演示使用jmp far指令跳转到64位代码.请注意,我选择了一个特殊常量来加载rax,因此对于32位代码,指令看起来像

dec eax
mov eax, 0xfafafafa
ud2
cli ; these two are unnecessary, but leaving them here for fun :)
hlt

如果我们在CS阴影部分执行它具有32位描述符(将在ud2指令上引发SIGILL ),则必须失败.

现在这里是演示(用fasm编译).

format ELF executable
segment readable executable

SYS_EXIT_32BIT=1
SYS_EXIT_64BIT=60
SYS_WRITE=4
STDERR=2

entry $
    mov ax,cs
    cmp ax,0x23 ; 32 bit process on 64 bit kernel has this selector in CS
    jne kernelIs32Bit
    jmp 0x33:start64 ; switch to 64-bit segment
start64:
use64
    mov rax, qword 0xf4fa0b0ffafafafa ; would crash inside this if executed as 32 bit code
    xor rdi,rdi
    mov eax, SYS_EXIT_64BIT
    syscall
    ud2

use32
kernelIs32Bit:
    mov edx, msgLen
    mov ecx, msg
    mov ebx, STDERR
    mov eax, SYS_WRITE
    int 0x80
    dec ebx
    mov eax, SYS_EXIT_32BIT
    int 0x80
msg:
    db "Kernel appears to be 32 bit, can't jump to long mode segment",10
msgLen = $-msg