arch prctl系统调用及示例

#include <asm/prctl.h>
#include <sys/syscall.h>
#include <unistd.h>

int arch_prctl(int code, unsigned long addr);

#define _GNU_SOURCE
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/syscall.h>
#include <asm/prctl.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <sys/mman.h>

// 系统调用包装
static int arch_prctl_wrapper(int code, unsigned long addr) {
    return syscall(__NR_arch_prctl, code, addr);
}

int main() {
    unsigned long fs_base, gs_base;
    int result;
    
    printf("=== Arch_prctl 函数示例 ===\n");
    printf("注意: 此函数仅在x86-64架构上可用\n");
    printf("当前架构: ");
    
#ifdef __x86_64__
    printf("x86-64 (支持)\n");
#else
    printf("非x86-64 (可能不支持)\n");
    printf("在非x86-64系统上，此示例可能无法正常工作\n\n");
    return 0;
#endif
    
    // 示例1: 获取当前FS和GS段基地址
    printf("\n示例1: 获取段寄存器基地址\n");
    
    result = arch_prctl_wrapper(ARCH_GET_FS, (unsigned long)&fs_base);
    if (result == -1) {
        printf("  获取FS基地址失败: %s\n", strerror(errno));
    } else {
        printf("  FS段基地址: 0x%lx\n", fs_base);
    }
    
    result = arch_prctl_wrapper(ARCH_GET_GS, (unsigned long)&gs_base);
    if (result == -1) {
        printf("  获取GS基地址失败: %s\n", strerror(errno));
    } else {
        printf("  GS段基地址: 0x%lx\n", gs_base);
    }
    
    // 示例2: 设置和获取FS段基地址
    printf("\n示例2: 设置和获取FS段基地址\n");
    
    // 分配内存用于测试
    void *test_memory = mmap(NULL, 4096, PROT_READ | PROT_WRITE, 
                            MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
    if (test_memory == MAP_FAILED) {
        perror("  分配测试内存失败");
    } else {
        printf("  分配测试内存: %p\n", test_memory);
        
        // 保存原始FS基地址
        unsigned long original_fs;
        if (arch_prctl_wrapper(ARCH_GET_FS, (unsigned long)&original_fs) == 0) {
            printf("  保存原始FS基地址: 0x%lx\n", original_fs);
            
            // 设置新的FS基地址
            result = arch_prctl_wrapper(ARCH_SET_FS, (unsigned long)test_memory);
            if (result == -1) {
                printf("  设置FS基地址失败: %s\n", strerror(errno));
            } else {
                printf("  成功设置FS基地址为: %p\n", test_memory);
                
                // 验证设置是否成功
                unsigned long new_fs;
                if (arch_prctl_wrapper(ARCH_GET_FS, (unsigned long)&new_fs) == 0) {
                    printf("  验证新FS基地址: 0x%lx\n", new_fs);
                    if (new_fs == (unsigned long)test_memory) {
                        printf("  FS基地址设置验证成功\n");
                    } else {
                        printf("  FS基地址设置验证失败\n");
                    }
                }
                
                // 恢复原始FS基地址
                if (arch_prctl_wrapper(ARCH_SET_FS, original_fs) == -1) {
                    printf("  恢复原始FS基地址失败: %s\n", strerror(errno));
                } else {
                    printf("  成功恢复原始FS基地址\n");
                }
            }
        }
        
        // 释放测试内存
        munmap(test_memory, 4096);
    }
    
    // 示例3: 错误处理演示
    printf("\n示例3: 错误处理演示\n");
    
    // 使用无效的代码
    result = arch_prctl_wrapper(999, 0);
    if (result == -1) {
        if (errno == EINVAL) {
            printf("  无效代码错误处理正确: %s\n", strerror(errno));
        }
    }
    
    // 使用无效的地址（仅作演示，实际可能有安全限制）
    result = arch_prctl_wrapper(ARCH_SET_FS, 0x123456789abcdef0UL);
    if (result == -1) {
        printf("  设置无效地址失败: %s\n", strerror(errno));
        printf("  说明: 地址可能无效或无权限访问\n");
    }
    
    // 示例4: 架构特定功能说明
    printf("\n示例4: 架构特定功能说明\n");
    printf("x86-64段寄存器用途:\n");
    printf("FS段:\n");
    printf("  - 通常用于线程本地存储(TLS)\n");
    printf("  - 指向线程特定的数据结构\n");
    printf("  - 在glibc中用于errno等线程局部变量\n\n");
    
    printf("GS段:\n");
    printf("  - 在用户空间通常未使用\n");
    printf("  - 在内核空间用于per-cpu数据\n");
    printf("  - 可用于特定的应用程序需求\n\n");
    
    // 示例5: TLS(线程本地存储)演示
    printf("示例5: TLS使用场景演示\n");
    printf("FS段在TLS中的应用:\n");
    printf("1. 每个线程有独立的FS基地址\n");
    printf("2. 通过FS段访问线程局部变量\n");
    printf("3. 比如errno就是通过FS段访问的\n");
    printf("4. 线程ID等信息也存储在FS指向的结构中\n\n");
    
    // 演示通过FS访问errno（概念性）
    printf("概念演示 - 通过段寄存器访问数据:\n");
    printf("在实际实现中，编译器和运行时库会:\n");
    printf("1. 设置FS基地址指向TLS区域\n");
    printf("2. 使用段前缀指令访问TLS变量\n");
    printf("3. 例如: %%fs:0x0 访问TLS的第一个字段\n\n");
    
    // 示例6: 安全考虑
    printf("示例6: 安全考虑\n");
    printf("使用arch_prctl的安全注意事项:\n");
    printf("1. 修改段寄存器可能影响程序稳定性\n");
    printf("2. 需要确保设置的地址是有效且可访问的\n");
    printf("3. 不当使用可能导致段错误或安全漏洞\n");
    printf("4. 通常应由运行时库管理，应用程序避免直接使用\n");
    printf("5. 在多线程环境中需要特别小心\n\n");
    
    // 示例7: 实际应用场景
    printf("示例7: 实际应用场景\n");
    printf("arch_prctl的主要使用场景:\n");
    printf("1. 运行时库初始化TLS\n");
    printf("2. 线程创建时设置线程特定数据\n");
    printf("3. 调试器和性能分析工具\n");
    printf("4. 虚拟机和容器实现\n");
    printf("5. 系统级编程和内核模块\n\n");
    
    printf("现代替代方案:\n");
    printf("1. 使用pthread库管理线程本地存储\n");
    printf("2. 利用编译器的__thread关键字\n");
    printf("3. 使用标准的TLS API\n");
    printf("4. 避免直接操作系统调用\n\n");
    
    printf("总结:\n");
    printf("arch_prctl是x86-64架构特定的底层系统调用\n");
    printf("主要用于运行时库和系统软件\n");
    printf("应用程序通常不需要直接使用\n");
    printf("需要深入了解x86-64架构和系统编程\n");
    
    return 0;
}

# 编译示例
gcc -o arch_prctl_example arch_prctl_example.c

# 运行示例
./arch_prctl_example

# 注意: 此函数仅在x86-64架构上有效
# 在其他架构上会显示不支持或出现错误