x86_64-寄存器详解

说明

这一篇的寄存器来自于Rust-x86_64库总结,讲解在registers下的一些寄存器, 随时更新

寄存器

通用寄存器

寄存器名	作用	谁保存
%rax	返回值	-
%rbx		被调用者
%rcx	参数4	调用者
%rdx	参数3	调用者
%rsi	参数2	调用者
%rdi	参数1	调用者
%rbp		被调用者
%rsp	栈顶(指针)	-
%r8	参数5	调用者
%r9	参数6	调用者
%r10		调用者
%r11		调用者
%r12		被调用者
%r13		被调用者
%r14		被调用者
%r15		被调用者

还有一个指令寄存器RIP, 不知道放哪就放这了

Control Registers

各个寄存器大致的说明:

CR0: 当前处理器运行的控制标志
CR2: 发生页面错误时的线性地址
CR3: 最高级页表的地址(与RISCV中的satp作用差不多)
CR4: 包含处理器扩展功能的标志位

图片:

CR0

位名	全称	作用(是否的话除特殊说明否则视为bool)
PE	Protected mode Enable	是否启用保护模式
MP	Monitor coProcessor	与TS一起使用, 一起决定是否触发一个 #NE 错误(?)
EM	Emulate coProcessor	是否能使用 x87与MMX 指令, 如果为1, 则不能使用, 并触发 #NE 错误
TS	Task Switched	当任务切换时自动置为1
ET	Extension Type	是否支持 387DX 数学协处理器(Rust注释中这个一般在最近发行的处理器都有)
NE	Numeric Error	Enables the native (internal) error reporting mechanism for x87 FPU errors.(注释)
WP	Write Protect	决定S-mode(RING2?)能否写入只能读的page
AM	Alignment mask	用户模式自动对齐
NW	Not Write through	一般设为0, 在老的CPU用来控制 write-back/write-through 缓存策略
CD	Cache Disable	关闭一些处理器的缓存
PG	PaGing	是否开启分页模式, 如果为1则PE bit也需要置为1

Cache写机制:(Write-back与Write-through)

Write through: CPU向cache写入数据时, 同时向memory写入数据, 使得数据保持一致

Write back: CPU更新cache时, 只将cache标记一下(可能是设为Dirty?), 只有当cache需要更新数据时才更新memory

CR3

PWT(Page-Level Write through) bit: 设置页表是否使用Write through策略, 0则为Write back
PCD(Page-Level Cache Disable) bit: 是否关闭页表缓存

CR4

PS:

有一些图片内没有, 除了第15位为空, 剩下的可以直接顺序往下数
FS_GS Base我拆开了, 他的位为16, 没参考官方的, 都是从x86 64中的注释以及名字看的
由于位实在有点多, CR4主要是标志一些扩展或者特定的处理器功能是否支持, 所以暂时不写作用了..
一些位名的全称为猜的, 看全称能体会意思就好了

位名(有一些图片内没有, 直接写Rust中的全称了)	全称	备注
VME	Virtual 8086 Mode Extensions
PVI	Protected mode Virtual Interrupts
TSD	TimeStamp Disable
DE	Debugging Extensions
PSE	Page Size Extension
PAE	Physical Address Extension
MCE	Machine Check Exception
PGE	Page Global Enable
PCE	Performance monitor Counter Enable
OSFXSR	OSFXSR
OSXMMECPT	OSXMMEXCPT
UMIP	User Mode Instruction Prevention
L5_Paging	L5_Paging	Intel only
VMXE	Virtual Machine eXtEnsions	Intel only
SMXE	Safe Mode eXtEnsions	Intel only
FS_GS Base	FS_GS Base
PCIDE	Process Context IDentifiers Enable
OSXSAVE	OSXSAVE
KL	Key locker	Intel only
SMEP	Supervisor Mode Execution Protection
SMAP	Supervisor Mode Access Prevention
PK	Protection Key user
CFE	Control Flow Enforcement
PKE	Protection Key Supervisor	Intel only

Model Specific Registers

看了下intel的 volume4..貌似每个处理器的MSR还不一样.. 我直接写一下库中的寄存器以及全称/作用吧

名	全称/作用
Efer	Extended Feature Enable Register
FsBase	[FS].Base Model Specific Register
GsBase	[GS].Base Model Specific Register
KernelGsBase	KernelGsBase Model Specific Register.
Star	系统调用寄存器
LStar	系统调用寄存器
SFMask	系统调用寄存器
UCet	U-mode CET配置
SCet	S-mode CET 配置

Efer flags

Efer 寄存器内各个位所代表意义

全称	作用	位
System Call Extensions	启用syscall, sysret指令	0
Long Mode Enable	启动长模式	8
Long Mode Active	表明长模式已经启用	10
No Execute Enable	不能执行的页面保护特性	11
Secure Virtual Machine Enable	启用SVM扩展	12
Long Mode Segment Limit Enable	在64位中启用分段长度限制?	13
Fast fxsave fxrstor	64位中将fxsave以及fxrstor指令执行的更快	14
Translation Cache Extension	改变invlpg指令如何操作TLB entries	15

Cet flags

全称	作用	位
SS Enable	启用影子栈(shadow stack)	0
SS Write Enable	启用 WRSS{D,Q}W指令	1
IBT Enable	启用indirect branch tracking	2
IBT Legacy Enable	启用indirect branch tracking 兼容模式(legacy treatment, 我感觉意思是兼容模式)	3
IBT no track enable	启用no-track opcode for indirect branch tracking	4
IBT Legacy Suppress Enable	禁用 CET Suppression	5
IBT Suppress Eanble	启用 Suppression	10
IBT Tracked	只读	11