内联汇编在没有优化的情况下无法编译

Question

我需要 32 位 Linux 进程中的 futex 系统调用，但无法使用 syscall 函数（header 不可用）。这仍然可以通过使用内联汇编来完成，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 [=10=]x80"
                 : "=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;
}

如预期的那样编译。

但是，由于我们没有指定可以读取 and/or 写入的内存位置，它可能会导致一些偷偷摸摸的错误。因此，我们可以使用虚拟内存输入和输出 ()

asm volatile("int [=11=]x80"
             : "=a"(result), "+m"(uaddr2)
             : "a"(SYS_futex), "b"(uaddr), "c"(futex_op), "d"(val), "S"(timeout), "D"(uaddr2), "r"(ebp), "m"(*uaddr), "m"(*timeout));

使用 gcc -m32 编译时，它会因 'asm' operand has impossible constraints 而失败。当使用 clang -fomit-frame-pointer -m32 编译时，它会失败并显示 inline assembly requires more registers than available。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，编译正常。

我看到两个明显的解决方案：

改为使用 "memory" 破坏器，这可能过于严格，阻止编译器将不相关的变量保存在寄存器中
使用 __attribute__((optimize("-O3")))，我想避免使用

还有其他解决办法吗？

Answer 1

编译器不知道你实际上没有使用 *uaddr 和 *timeout 操作数，所以它仍然必须决定什么 %9 和 %10如果你要使用它们，应该扩展到。这些对象的地址作为参数传递，因此它不能生成直接的内存引用；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，您已经为您的其他操作数占用了机器的所有寄存器，因此没有寄存器可用于此目的。

启用优化后，编译器足够聪明，可以判断出指针 uaddr 已经在 ebx 中可用，因此它可以将 %9 扩展为 (%ebx)同样 %10 到 (%esi)。然后它不需要任何额外的寄存器，一切都很好。

如果你在内联 asm 中实际提到 %9 和 %10，你可以看到这种情况发生，例如 this example. With optimization on, it does as I said. Without optimization, it fails to compile as you know, but if we drop a couple of the other operands 以释放一些寄存器（这里 ecx 和edx)，我们看到它现在正在将 %7, %8（它们重新编号）扩展到 (%edx), (%ecx)，并相应地提前加载这些寄存器。它不知道这是多余的，因为 edx 和 ebx 都包含相同的值。

我不认为有任何好的方法可以避免这种情况，除了您已有的想法：启用优化，或使用“内存”破坏器。我怀疑“内存”破坏实际上会影响如此短的函数中生成的代码，而且无论如何，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。

内联汇编在没有优化的情况下无法编译

Inline asm fails to compile without optimization

c

linux

x86

inline-assembly

cpu-registers