如何将全局寄存器变量与%gs(或%fs)相关联？

Question

在x86_64上,我正在玩一个不支持多线程的玩具操作系统.

我尝试将两个全局寄存器变量关联到%gs和%fs,这样:

register Foo* foo asm("gs");
register Bar* bar asm("fs");

但GCC抱怨"gs"和"fs"不是有效的注册名称.

我尝试了其他寄存器(例如r12和r15)并编译.我尝试使用%gs和%fs,编译错误仍然存​​在.

这种方式可以使用这些寄存器吗？
此外,我已经阅读了 amd64中这些寄存器的问题,但是我无法理解那里指出的问题:它是一个GCC错误还是在amd64中使用寄存器变量的问题？

Answer 1

兼容80386的CPU有六个段寄存器,分别命名为cs,ds,ss,es,fs和gs.这些段寄存器用于称为分段的特征,并且基本上充当指向段描述符表的指针,其表达式隐含地添加在地址计算中.^†

这些段寄存器不能实际用于保存任意数据,因为除了某些特定方式(les和朋友)将值加载到它们之外,当加载无效值时会导致异常.它们用于以下目的:

• 段寄存器cs在获取指令时使用,ds在获取数据时使用,ss在从堆栈中获取数据时(即相对于esp或ebp),es与某些指令(如scasb)一起使用.在几乎每个带有内存操作数的指令中,您都可以覆盖解析地址的段.
• 更改cs用于在操作系统之间在实模式,16位保护模式,32位保护模式和长模式之间切换.在Windows上,这也可以由应用程序完成(但不建议这样做).通过远程跳转或呼叫来改变cs.
• OpenBSD通过设置cs的长度限制来实现执行防止方案(W ^ X),这样就不会同时写入和执行任何数据.
• fs和gs段在默认情况下从不使用,通常用于实现线程本地存储.您可以使用arch_prctlLinux上的系统调用设置与fs和gs相关联的偏移量,但请记住,这样做会破坏libc对这些段描述符的段描述符表中存储的偏移量的期望,并可能使基本设施成为可能如errno无法使用.
• 在长模式(64位模式)下,整个分段机制不可用.可以使用fs和gs但是它们的值不会在段描述符表中查找,而是有两个特殊寄存器,其中内核存放一个偏移量,只要使用fs和gs就会添加该偏移量.所有其他机制都不可用.

^†  这是一个简化的描述,它实际上有点复杂.