内联汇编在没有优化的情况下无法编译

Question

我在 32 位 Linux 进程中需要 futex 系统调用，但不能使用 syscall 函数（标头不可用）。这仍然可以通过使用内联 asm 来完成，如下所示：

#include <time.h>

#define SYS_futex 0xf0

// We need -fomit-frame-pointer in order to set EBP
__attribute__((optimize("-fomit-frame-pointer")))
int futex(int* uaddr, int futex_op, int val, const struct timespec* timeout, int* uaddr2, int val3)
{
    register int ebp asm ("ebp") = val3;
    int result;
    asm volatile("int $0x80"
                 : "=a"(result)
                 : "a"(SYS_futex), "b"(uaddr), "c"(futex_op), "d"(val), "S"(timeout), "D"(uaddr2), "r"(ebp)
                // : "memory"  // would make this safe, but could cause some unnecessary spills.  THIS VERSION IS UNSAFE ON PURPOSE, DO NOT USE.
          );
        
    if (result < 0)
    {
        // Error handling
        return -1;
    }
    return result;
}

按预期编译。

但是，由于我们没有指定可以读取和/或写入的内存位置，因此可能会导致一些隐秘的错误。因此，我们可以使用虚拟内存输入和输出 (How can I indicate that the memory *pointed* to by an inline ASM argument may be used?)

asm volatile("int $0x80"
             : "=a"(result), "+m"(uaddr2)
             : "a"(SYS_futex), "b"(uaddr), "c"(futex_op), "d"(val), "S"(timeout), "D"(uaddr2), "r"(ebp), "m"(*uaddr), "m"(*timeout));

当使用gcc -m32 编译时，它会以'asm' operand has impossible constraints 失败。当使用clang -fomit-frame-pointer -m32 编译时，它会以inline assembly requires more registers than available 失败。不过，我不明白为什么。

但是，当使用-O1 -m32（或-O0 以外的任何级别）编译时，它可以正常编译。

我看到了两个明显的解决方案：

1. 改用"memory" clobber，这可能过于严格，会阻止编译器将不相关的变量保存在寄存器中
2. 使用__attribute__((optimize("-O3")))，我想避免这种情况

还有其他解决办法吗？

Answer 1

编译器不知道您实际上并未使用*uaddr 和*timeout 操作数，因此如果您要使用它们，它仍然必须决定%9 和%10 应该扩展到什么。这些对象的地址作为参数传递，因此无法生成直接内存引用；它必须是间接的，这意味着需要分配寄存器来存储这些地址；例如，编译器可以尝试将指针uaddr 加载到ecx 中，然后将%9 扩展为(%ecx)。不幸的是，您已经为其他操作数声明了所有机器的寄存器，因此没有可用于此目的的寄存器。

启用优化后，编译器足够聪明，可以确定指针ebx 中已经存在ebx，因此它可以将%9 扩展为(%ebx)，同样将%10 扩展为(%esi)。那么它就不需要任何额外的寄存器，一切都很好。

如果您在内联 asm 中实际提及 %9 和 %10（如 this example），您会看到这种情况。随着优化，它就像我说的那样。如您所知，如果没有优化，它无法编译，但是如果我们 drop a couple of the other operands 释放一些寄存器（这里是 ecx 和 edx），我们会看到它现在正在扩展 %7, %8（它们被重新编号）到 @ 987654342@，并提前相应地加载这些寄存器。它不知道这是多余的，因为edx 和ebx 都包含相同的值。

除了您已有的想法外，我认为没有任何好的方法可以避免这种情况：启用优化或使用“内存”破坏器。我怀疑“内存”破坏器实际上会影响如此短的函数中生成的代码，无论如何，如果您在没有优化的情况下进行编译，那么您已经放弃了任何高效代码的希望。或者，只需在汇编中编写整个函数。