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RISC-V 64bit Linuxとシステムコールと32bitの引数 その4 - __MAP(), __SC_X() マクロの実装

目次: RISC-V

昨日の続きです。「64bit環境においてシステムコールの引数がレジスタ長（= 64bit）以下だった場合（例えばintが典型例）、どう扱うか？」コードの解説編です。

どうして符号拡張されるのか？逆アセンブルで説明したつもりになってはいけない、逃げてはダメだ！という熱心なあなたのために、マクロを展開しながら説明します。今回の解説は __MAP(), __SC_LONG(), __SC_CAST() マクロの意味や実装です。

任意の引数に変換を掛ける __MAP() マクロ

鍵となるのは __MAP(4, ...) の展開後に出てくる __MAP4(m, t, a, ...) というマクロです。

// linux/include/linux/syscalls.h

/*
 * __MAP - apply a macro to syscall arguments
 * __MAP(n, m, t1, a1, t2, a2, ..., tn, an) will expand to
 *    m(t1, a1), m(t2, a2), ..., m(tn, an)
 * The first argument must be equal to the amount of type/name
 * pairs given.  Note that this list of pairs (i.e. the arguments
 * of __MAP starting at the third one) is in the same format as
 * for SYSCALL_DEFINE<n>/COMPAT_SYSCALL_DEFINE<n>
 */
#define __MAP0(m,...)
#define __MAP1(m,t,a,...) m(t,a)
#define __MAP2(m,t,a,...) m(t,a), __MAP1(m,__VA_ARGS__)
#define __MAP3(m,t,a,...) m(t,a), __MAP2(m,__VA_ARGS__)
#define __MAP4(m,t,a,...) m(t,a), __MAP3(m,__VA_ARGS__)
#define __MAP5(m,t,a,...) m(t,a), __MAP4(m,__VA_ARGS__)
#define __MAP6(m,t,a,...) m(t,a), __MAP5(m,__VA_ARGS__)
#define __MAP(n,...) __MAP##n(__VA_ARGS__)

マクロに渡された型tと引数aリストのペアを1つずつm(t, a) のようにmで変換を掛けるマクロですが、イメージしづらいと思うので展開結果を載せます。

__MAP(4,__SC_LONG,int, magic1, int, magic2, unsigned int, cmd, void __user *, arg)

↓

__MAP4(__SC_LONG,int, magic1, int, magic2, unsigned int, cmd, void __user *, arg)

↓

__SC_LONG(int, magic1),
__SC_LONG(int, magic2),
__SC_LONG(unsigned int, cmd),
__SC_LONG(void __user *, arg)

実装はぱっと見では良くわかりませんが、展開結果はわかりやすいですね。

キャストの要、__SC_LONG(), __SC_CAST() マクロ

先頭の展開結果 __SC_LONG(int, magic1) に着目します。

// linux/include/linux/syscalls.h

#define __SC_LONG(t, a) __typeof(__builtin_choose_expr(__TYPE_IS_LL(t), 0LL, 0L)) a

#define __TYPE_AS(t, v)	__same_type((__force t)0, v)
#define __TYPE_IS_LL(t) (__TYPE_AS(t, 0LL) || __TYPE_AS(t, 0ULL))


// linux/include/linux/compiler_types.h

#define __same_type(a, b) __builtin_types_compatible_p(typeof(a), typeof(b))

# define __force

ここまでの実装を踏まえて展開すると下記のようになります。

__SC_LONG(int, magic1),

↓ __TYPE_IS_LL() を展開

__typeof(
  __builtin_choose_expr(
    (__same_type((int)0, 0LL) ||
     __same_type((int)0, 0ULL)), 0LL, 0L))
      magic1,

↓ __same_typeを展開

__typeof(
  __builtin_choose_expr(
    (__builtin_types_compatible_p(typeof((int)0), typeof(0LL)) ||
     __builtin_types_compatible_p(typeof((int)0), typeof(0ULL))), 0LL, 0L))
       magic1,

最内側の__same_type() は引数に渡した値の型を比較するマクロです。マクロで使用する __builtin_types_compatible_p() は1つ目と2つ目の型が同じかどうか？をintで返す組み込み関数、typeof() は引数の型を返すキーワードです（関数ではないので値は返しません）。

• その他の組み込み関数のマニュアル（__builtin_types_compatible_p() も載っている）
• typeofのマニュアル

従って__same_type((int)0, 0LL) はintと0LLの型、int型とlong long int型が等しいか比較しています。当然、等しくありません。ちなみにintは __SC_LONG(int, magic1) の最初の引数intから来たことを思い出していただけると嬉しいです。例えば __SC_LONG(long long, magic1) であれば比較結果は等しいと判断されるでしょう。

最内側の条件式 __same_type((int)0, 0LL) || __same_type((int)0, 0ULL)) の部分は型がlong longもしくはunsigned long longかどうか？を調べています。

判断結果を受け取る__builtin_choose_expr(const_exp, exp1, exp2) は、const_expが真なら、exp1を返し、偽ならexp2を返す組み込み関数です。もしconst_expがコンパイル時に判定できなければ、コンパイルエラーです。

以上をまとめると __SC_LONG(AAA, BBB) は、

• AAAがlong longもしくはunsigned long longならlong long BBB
• AAAがそれ以外の型ならばlong BBB

という働きをします。また __SC_CAST() はその名の通りキャストを生成します。

// linux/include/linux/syscalls.h

#define __SC_CAST(t, a)	(__force t) a

です。長いですね。続きはまた今度。