在 linux_x86_64（即 64 位 Linux 系统上的 x86-64 架构）下，函数调用约定（Calling Convention）定义了函数调用时参数传递、返回值传递、寄存器使用、栈帧的构建等方面的规则。这些约定在不同的操作系统和架构上可能有所不同。在 Linux 上的 x86-64 架构中，遵循的紧张是 System V ABI (Application Binary Interface)，这是一种广泛使用的应用二进制接口。
1. 参数传递
在 x86_64 架构下，函数参数的传递遵循以下规则：
- 前 6 个整数参数（包罗 int、char、long 等）通过 寄存器 传递：
- RDI：第一个参数
- RSI：第二个参数
- RDX：第三个参数
- RCX：第四个参数
- R8：第五个参数
- R9：第六个参数
- 额外的参数（超过 6 个参数）通过 栈 传递。
- 这些参数从栈中读取，栈的增长方向是向下（地址减小）。
2. 浮点参数传递
浮点数参数（如 float、double）通过 SSE 寄存器 传递：
- 前 8 个浮点数参数（float 和 double）使用 XMM 寄存器传递，按顺序依次存放：
- XMM0：第一个浮点数参数
- XMM1：第二个浮点数参数
- …
- XMM7：第八个浮点数参数
如果函数的参数超过了这些寄存器的数量，剩余的浮点数参数会通过栈传递。
3. 返回值传递
- 整数返回值：函数返回值通常通过 RAX 寄存器返回。RAX 会保存返回值。
- 浮点返回值：如果函数返回的是浮点数值（如 float 或 double），则使用 XMM0 寄存器来存储返回值。
4. 栈帧和栈的使用
- 在每个函数调用时，调用者 会将其参数（如果超出 6 个整数或 8 个浮点数）压入栈中。
- 被调用者 负责保存其用到的寄存器，尤其是那些它会修改的寄存器（例如，RBX、R12 到 R15 寄存器是被调用者保存的寄存器）。
- 调用者和被调用者通过约定保持栈平衡，确保栈在函数返回时是精确的。
5. 寄存器的使用约定
- RAX：返回值寄存器。函数的返回值通过此寄存器传递。
- RCX、RDX、R8、R9：用于传递函数参数（前 6 个整数参数中，RDI 到 R9 使用这 5 个寄存器）。
- R10-R15：这些寄存器是临时寄存器，调用者需要包管它们的值。如果调用函数不需要修改这些寄存器，调用者可以使用这些寄存器。
- RBX、RBP、R12-R15：这些寄存器是被调用者保存的寄存器，如果一个函数要修改这些寄存器，必须在返回之前恢复它们的值。
6. 栈对齐
在 x86_64 架构下，栈必须 按 16 字节对齐。这意味着每次函数调用时，栈指针 (rsp) 必须是 16 的倍数。为此，调用者在调用之前可能需要调整栈指针，确保栈对齐。这个对齐要求对于向内存中传递参数（特别是浮点数参数）非常紧张。
7. 调用和返回过程
函数调用：
- 参数传递：起首，将前 6 个参数传递到相应的寄存器中，如果有更多参数，调用者会将它们压入栈中。
- 保存寄存器：调用者保存需要保存的寄存器（如 RBX、R12 到 R15）和栈帧。
- 跳转到被调用函数：执行函数调用指令（如 call），跳转到被调用函数。
- 栈帧建立：被调用函数建立自己的栈帧，保存必要的寄存器（如 RBX、R12 到 R15）。
- 执行函数体：函数体开始执行。
函数返回：
- 返回值传递：被调用函数将返回值放入 RAX 或 XMM0（浮点数）。
- 恢复寄存器：被调用函数恢复调用时保存的寄存器，确保返回时栈平衡。
- 跳转返回：被调用函数执行 ret 指令，跳回调用者处。
8. 总结：
在 x86_64 架构下的 Linux 系统中，函数调用约定的关键要点如下：
- 前 6 个整数参数通过 寄存器（RDI 到 R9）传递。
- 前 8 个浮点数参数通过 SSE 寄存器（XMM0 到 XMM7）传递。
- 如果参数超过了这些数量，剩余的参数通过 栈 传递。
- 返回值：整数通过 RAX 返回，浮点数通过 XMM0 返回。
- 栈对齐：栈必须按 16 字节对齐。
- 寄存器使用：有些寄存器是调用者保存的（如 RBX、R12 到 R15），而有些是被调用者保存的（如 RBP）。
syscall
在 x64 架构下，syscall 是用来触发系统调用的指令。x64 系统调用遵循特定的约定来传递参数和执行操作，这些约定包罗通过寄存器传递参数和选择系统调用编号。
x64 系统调用约定
在 x64 架构下，系统调用的参数会通过以下寄存器传递：
- rax: 系统调用号（syscall number）
- rdi: 第一个参数
- rsi: 第二个参数
- rdx: 第三个参数
- r10: 第四个参数
- r8: 第五个参数
- r9: 第六个参数
syscall 指令通过 rax 寄存器来指定调用的系统调用编号，rdi, rsi, rdx 等寄存器则用来传递参数。
1. 一个简单的 x64 syscall 示例
假设我们想执行 exit 系统调用（调用号 60），并返回一个退出代码。我们需要将 60 放入 rax 寄存器，将退出码放入 rdi 寄存器。
- mov rax, 60 ; 系统调用号 (60: exit)
- mov rdi, 0 ; 退出码 0
- syscall ; 调用系统调用
- rax = 60：表现调用 exit 系统调用。
- rdi = 0：表现传递的参数（退出码 0）。
- syscall：触发系统调用。
2. 更复杂的系统调用：execve
另一个常见的系统调用是 execve（执行一个程序）。execve 的系统调用号是 59，它需要三个参数：
- rdi: 程序路径
- rsi: 参数数组（argv）
- rdx: 环境变量数组（envp）
例如，要执行 /bin/sh 并传递一个空的参数和环境变量列表，我们可以构建以下汇编代码：
- section .data
- sh_path db '/bin/sh', 0 ; 程序路径
- argv db '/bin/sh', 0 ; 参数数组，只有一个元素（路径本身）
- envp db 0 ; 环境变量数组（空）
- section .text
- global _start
- _start:
- ; 设置 execve 参数
- mov rax, 59 ; 系统调用号 (59: execve)
- mov rdi, sh_path ; 将程序路径 '/bin/sh' 传递给 rdi
- mov rsi, argv ; 将参数数组传递给 rsi
- mov rdx, envp ; 将环境变量数组传递给 rdx
- syscall ; 执行系统调用
不同的操作系统和架构有不同的系统调用号。例如，在 Linux x64 上，常见的系统调用号包罗：
系统调用系统调用号 (rax)exit60execve59read0write1open2close3 你可以查阅相关文档（如 Linux 系统调用表）来找到系统调用号。
4. 组合 syscall 和 shellcraft
pwntools 的 shellcraft 模块可以帮助你快速生成包含系统调用的汇编代码。如果你在举行漏洞使用，通常会使用这个模块来生成 syscall 相关的汇编代码。例如，如果你想执行 execve("/bin/sh")，可以使用 pwntools 来生成汇编代码：
- from pwn import *
- context(arch='amd64', os='linux')
- # 生成 execve("/bin/sh") 系统调用的 shellcode
- shellcode = shellcraft.execve('/bin/sh')
- # 查看汇编代码
- print(shellcode)
- # 查看机器码
- print(asm(shellcode))
5. 总结
- syscall 是用来触发系统调用的指令。
- 在 x64 架构下，系统调用号存储在 rax 寄存器，其他参数存储在 rdi, rsi, rdx, r10, r8, r9 寄存器中。
- 常见的系统调用如 exit, execve 都需要使用 syscall 指令来触发。
通过这些汇编技巧，你可以构建各种系统调用来与操作系统交互，执行文件、操作文件描述符、获取系统信息等。在举行漏洞使用时，明白系统调用是很紧张的，由于它们提供了和操作系统举行交互的根本方式。
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