Mac平台x86-64汇编syscall错误检查失效问题排查

问题描述 #

我在Mac平台编写x86-64汇编代码，通过syscall获取当前时间，原本运行正常。添加错误检查时，反汇编了gettimeofday包装函数，发现它在syscall后用jae指令处理成功结果——查资料知道jae是jnc的别名，于是我用jc指令做错误检查（进位标志置位则跳转到错误逻辑）。但出现异常：

• 第二次执行syscall时进位标志被置位，但仍成功获取了新时间；
• 添加将当前时间加5秒存入rdx的代码后，syscall后的jc会触发错误跳转，此时rax值为0xe(15)，但curtime(%rip)仍正常更新。

想知道哪里出错了，为什么mov和add指令会影响错误检查？

反汇编的gettimeofday包装函数 #

___gettimeofday:
    4969:   48 c7 c2 00 00 00 00    movq    $0x0, %rdx
    4970:   b8 74 00 00 02  movl    $0x2000074, %eax
    4975:   49 89 ca    movq    %rcx, %r10
    4978:   0f 05   syscall
    497a:   73 08   jae 0x4984
    497c:   48 89 c7    movq    %rax, %rdi
    497f:   e9 41 d8 ff ff  jmp _cerror_nocancel
    4984:   48 83 f8 00 cmpq    $0x0, %rax
    4988:   74 08   je  0x4992
    498a:   48 89 07    movq    %rax, (%rdi)
    498d:   89 57 08    movl    %edx, 0x8(%rdi)
    4990:   31 c0   xorl    %eax, %eax
    4992:   c3  retq

问题复现代码 #

# get current time
    movq $0x2000074, %rax
    leaq curtime(%rip), %rdi
    syscall
    jc error

    # get current time again
    movq $0x2000074, %rax
    leaq curtime(%rip), %rdi
    syscall
    jc error

    # add 5 seconds to the start time and stash in rdx
    movq curtime(%rip), %rdx
    addq $5, %rdx

    movq $0x2000074, %rax
    leaq curtime(%rip), %rdi
    syscall
    jc error

问题原因 #

你忽略了macOS x86-64 syscall的两个核心调用约定，导致错误标志位异常：

1. 未正确设置rdx寄存器
   gettimeofday的第二个参数是时区指针，通常传NULL（0）。你的代码前两次调用时rdx是未初始化的随机值，虽然内核可能容错处理，但会导致标志位状态不可预测；第三次调用时，你把rdx设置成了加5后的时间值（无效指针），内核检测到参数非法，返回错误码0xe（EFAULT地址错误）并置位CF。但内核已经完成了第一个参数（时间结构）的写入，所以curtime(%rip)仍能正常更新。

2. 未保存rcx到r10
   macOS的syscall指令会将当前用户态RIP存入rcx，内核需要这个值来正确返回用户态，因此要求调用前必须把rcx的值移动到r10。你的代码跳过了这一步，导致内核返回逻辑破坏标志位，出现第二次调用CF置位但实际成功的异常情况。

解决方法 #

严格按照macOS syscall约定准备寄存器，修改后的代码如下：

# get current time
    movq $0x2000074, %rax
    leaq curtime(%rip), %rdi
    movq $0, %rdx          # 第二个参数传NULL
    movq %rcx, %r10        # 保存rcx到r10，符合macOS syscall约定
    syscall
    jc error

    # get current time again
    movq $0x2000074, %rax
    leaq curtime(%rip), %rdi
    movq $0, %rdx
    movq %rcx, %r10
    syscall
    jc error

    # add 5 seconds to the start time and stash in rdx
    movq curtime(%rip), %rdx
    addq $5, %rdx

    movq $0x2000074, %rax
    leaq curtime(%rip), %rdi
    movq $0, %rdx          # 重新设置rdx为NULL，覆盖之前的时间值
    movq %rcx, %r10
    syscall
    jc error

额外说明：macOS syscall成功时CF清零，失败时CF置位且rax返回错误码，jae/jnc判断成功分支是正确的，但必须严格遵守寄存器约定，否则标志位和返回值都会出现异常。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Chris