LWN: 模拟Windows的系统调用，第二版！

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Emulating Windows system calls, take 2

By Jonathan Corbet
July 17, 2020
https://lwn.net/Articles/826313/

六月份的时候，LWN介绍了一组patch，它新增了一个机制来帮助 Wine 系统来在Linux中模拟Windows的系统调用。这组patch set得到许多关注和评论，导致最终它的实现方式已经变得面目全非了。Gabriel Krisman Bertazi 现在提供了最新版本的实现，使用了一个不同的方式来解决之前的这个问题。

回顾一下，这个工作的主要目标是希望能允许将要运行的windows可执行程序可以直接调用到Windows kernel，而不需要经过Windows API。这些系统调用必须要被trap（截获）下来然后通过emulate（模拟）方式来让此程序能正确运行。实现的时候，不可以修改这个windows程序本身，以免Wine被这些程序中可能具有的作弊检测代码给误判。之前的做法是新增了一个mmap()的flag，可以标记某个程序的地址空间来禁止它直接执行系统调用（make direct system call）。还需要跟一个新增的seccomp() mode配合起来，因为需要依赖它来截获从被标记出来的这块区域所发出的系统调用。这个方案引起了不少担忧，尤其是因为使用了seccomp()，这会让人误以为这个功能是一个安全机制（其实并不是）。

新的patch set就移除了seccomp()，而是转为使用prctl()，这是根据第一版patch时收到的一个反馈信息来实现的。具体来说，如果某个程序希望能使用这个系统调用截获并模拟的功能，就可以先发出下面的调用：

prctl(PR_SET_SYSCALL_USER_DISPATCH, operation, start, end, selector);

这里的 operation 可以是 PR_SYS_DISPATCH_ON 或者 PR_SYS_DISPATCH_OFF 。前者表示打开system-call trapping功能，后者是关闭。 start 和 end 这两个地址指明了memory地址区间，哪怕system-call trapping功能打开了，这个区间内的系统调用也不会被截获，这样这里就可以放置那些真正执行system-call emulation的代码了。这里的 selector 参数是一个指向内存中某个byte的指针，它是另一种开关system-call trapping功能的方式。

如果通过 PR_SYS_DISPATCH_ON 打开了此功能，kernel会在进程的task structure里面设置上 _TIF_SYSCALL_USER_DISPATCH 这个flag。每当进程发起系统调用的时候都会检查这个flag。flag为1的话，就需要额外检查一下 selector 指向的内存区域，这里存放的如果是 PR_SYS_DISPATCH_OFF ，那么系统调用就会得到正常执行。如果这里存放的是 PR_SYS_DISPATCH_ON ，那么kernel就会对此进程发送一个SIGSYS信号。

响应的signal handler在处理信号的时候就可以检查相关的寄存器值了，也就是能看到发起的是哪个系统调用，以及相关的参数是什么。在这个signal handler里就可以完成模拟此系统调用的工作了。等到signal handler返回的时候，进程就可以跟在截获的系统调用之后来继续执行了。这个signal handler必须得放置在前面提到的特别的（允许执行系统调用）那块memory区域，否则就无法正常工作了。哪怕这个signal handler本身不需要调用系统调用也得按此执行。在Linux里面，从一个signal handler返回的时候都会触发一个特别的sigreturn()系统调用，执行的时候绝对不可以再次被截获到这个signal handler里面，否则就嵌套进去死循环了。

这里专门设计的 selector 变量可以快速地打开和关闭这个截获机制，不需要每次都调用到kernel里面绕一圈了。对于Wine这种系统来说，会需要频繁在Windows和Linux-native的代码里面切换，采用这种技巧应该可以引入不少性能提升。

第一版的patch set当时在mailing list上引起了许多讨论。而这次则只有Kees Cook的一个回复，他称这个patch set看起来非常好。所以看起来这个功能应该可以在近期能合入mainline了。

全文完

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