Linux arm64如何在AArch32和AArch64之间切换

Question

Linux支持运行32位应用程序，只要

1. 内核启用CONFIG_COMPAT
2. 硬件支持AArch32

我假设32位应用程序必须在arm AArch32执行状态下运行，并且该环境具有32位应用程序和64位应用程序。

32位应用程序过程->手臂状态为AArch32

64位应用程序进程和内核-> arm状态为AArch64

正确吗？

如果是这样，Linux如何处理AArch32和AArch64开关？内核知道运行的进程是32位还是64位吗？

Answer 1

[如果您当前正在运行32位应用程序之一，并且遇到异常（例如IRQ，系统调用中的SVC，由于页面错误而中止...。），请输入64位OS。所以是AArch32-> AArch64过渡。当操作系统执行异常时，返回到应用程序，这是AArch64-> AArch32过渡。 ...AArch32状态下的任何异常类型都可能导致执行状态更改为AArch64。 ...对于异常返回，则相反。 AArch64中的异常返回可能导致执行状态更改为AArch32。对于异常和异常返回，仅在EL发生更改的情况下，执行状态也会发生更改。从EL0到EL1是一个例外，可能导致执行状态发生变化。但是从EL1到EL1的异常不能。

https://community.arm.com/developer/ip-products/processors/f/cortex-a-forum/6706/in-aarch32-state-what-is-the-mechanism-to-switch-to-aarch64-in-software线程有更多详细信息。或者在https://medium.com/@om.nara/aarch64-exception-levels-60d3a74280e6中的“在AArch32和AArch64之间移动”中有更简单的解释]

在发生异常时，如果异常级别更改，则执行状态可以：保持不变，或从AArch32更改为AArch64。

从异常返回时，如果异常级别更改，则执行状态可以：保持不变，或从AArch64更改为AArch32。

https://events.static.linuxfound.org/images/stories/pdf/lcna_co2012_marinas.pdf演示文稿（幻灯片5），https://developer.arm.com/architectures/learn-the-architecture/exception-model/execution-and-security-states或https://www.realworldtech.com/arm64/2/中相同：

AArch64异常模型

特权级别：EL3-最高，EL0-最低

• 通过异常过渡到更高级别

• 寄存器宽度不能在较低的级别中更大

• 例如没有带有32位EL1的64位EL0

通过异常在AArch32和AArch64之间进行转换
• 无法与AArch32 / AArch64互通

现在回答您的问题：

Linux如何处理AArch32和AArch64开关？

通过使用具有不同PSTATE值的EL0 / EL1开关使用异常处理（和返回）的硬件功能。

内核是否知道正在运行的进程是32位还是64位？

是，在64位内核（compat syscalls）上有32位进程（“任务”）的签入内核：arch/arm64/kernel/syscall.c

static long do_ni_syscall(struct pt_regs *regs, int scno)
{
#ifdef CONFIG_COMPAT
    long ret;
    if (is_compat_task()) {
        ret = compat_arm_syscall(regs, scno);
        if (ret != -ENOSYS)
            return ret;
    }
#endif

    return sys_ni_syscall();
}

[测试在include/asm/compat.h和arch/arm64/include/asm/thread_info.h中定义为

#define TIF_32BIT       22  /* 32bit process */
static inline int is_compat_task(void)
{
    return test_thread_flag(TIF_32BIT);
}
[TIF_32BIT由fs / compat_binfmt_elf.c在32位elf加载中通过几个个性宏设置：

https://elixir.bootlin.com/linux/v4.19.107/source/arch/arm64/include/asm/elf.h#L208
/*
 * Unlike the native SET_PERSONALITY macro, the compat version maintains
 * READ_IMPLIES_EXEC across an execve() since this is the behaviour on
 * arch/arm/.
 */
#define COMPAT_SET_PERSONALITY(ex)                  \
({                                  \
    set_thread_flag(TIF_32BIT);                 \
 })
https://elixir.bootlin.com/linux/v4.19.107/source/fs/compat_binfmt_elf.c#L104

 #define    SET_PERSONALITY     COMPAT_SET_PERSONALITY
https://elixir.bootlin.com/linux/v4.19.107/source/fs/binfmt_elf.c#L690

#define SET_PERSONALITY2(ex, state) \
    SET_PERSONALITY(ex)
 static int load_elf_binary(struct linux_binprm *bprm)
    SET_PERSONALITY2(loc->elf_ex, &arch_state);