通过修改 LLVM Backend 来 Clobber X86 注册

Question

我正在尝试稍微改变 X86 目标的 LLVM 后端，以产生一些所需的行为。

更具体地说，我想模拟一个标志，如 gcc 的 fcall-used-reg option，它指示编译器将被调用者保存的寄存器转换为一个被破坏的寄存器（意味着它可能在函数调用期间被改变）。

让我们关注r14。我手动破坏了寄存器，比如 this answer:

#include <inttypes.h>

uint64_t inc(uint64_t i) {
    __asm__ __volatile__(
        ""
        : "+m" (i)
        :
        : "r14"
    );
    return i + 1;
}

int main(int argc, char **argv) {
    (void)argv;
    return inc(argc);
}

编译反汇编：

 gcc -std=gnu99 -O3 -ggdb3 -Wall -Wextra -pedantic -o main.out main.c
 objdump -d main.out

反汇编包含：

0000000000001150 <inc>:                                                                                                                                                                                            
    1150:       41 56                   push   %r14                                                                                                                                                                
    1152:       48 89 7c 24 f8          mov    %rdi,-0x8(%rsp)                                                                                                                                                     
    1157:       48 8b 44 24 f8          mov    -0x8(%rsp),%rax                                                                                                                                                     
    115c:       41 5e                   pop    %r14                                                                                                                                                                
    115e:       48 83 c0 01             add    [=12=]x1,%rax                                                                                                                                                           
    1162:       c3                      retq                                                                                                                                                                       
    1163:       66 2e 0f 1f 84 00 00    nopw   %cs:0x0(%rax,%rax,1)                                                                                                                                                
    116a:       00 00 00
    116d:       0f 1f 00                nopl   (%rax)

这里我们可以看到r14，因为被篡改，被压入栈中，然后出栈恢复原来的值。现在，重复 -fcall-used-r14 标志：

 gcc -std=gnu99 -O3 -ggdb3 -fcall-used-r14 -Wall -Wextra -pedantic -o main.out main.c
 objdump -d main.out

反汇编包含：

0000000000001150 <inc>:                                                                                                                                                                                            
    1150:       48 89 7c 24 f8          mov    %rdi,-0x8(%rsp)
    1155:       48 8b 44 24 f8          mov    -0x8(%rsp),%rax
    115a:       48 83 c0 01             add    [=14=]x1,%rax
    115e:       c3                      retq
    115f:       90                      nop

没有 push/pop 发生。

现在，我已经修改了一些 LLVM 目标文件，编译了源代码，并将此功能添加（？）到 llc 工具中：

clang-11 -emit-llvm -S -c main.c -o main.ll
llc-11 main.ll -o main.s

现在，main.s 包含：

# %bb.0:
        pushq   %rbp
        .cfi_def_cfa_offset 16
        .cfi_offset %rbp, -16
        movq    %rsp, %rbp
        .cfi_def_cfa_register %rbp
        pushq   %r14
        .cfi_offset %r14, -24
        movq    %rdi, -16(%rbp)
        #APP
        #NO_APP
        movq    -16(%rbp), %rax
        addq    , %rax
        popq    %r14
        popq    %rbp
        .cfi_def_cfa %rsp, 8
        retq

显然，r14 仍然是 callee-saved。

在 llvm/lib/Target/X86/X86CallingConv.td 中，我修改了以下几行（删除了 R14），因为它们似乎与我感兴趣的 Linux 和 C 调用约定的 System V ABI 唯一相关：

def CSR_64 : CalleeSavedRegs<(add R12, R13, R15, RBP)>;
...
def CSR_64_MostRegs : CalleeSavedRegs<(add RBX, RCX, RDX, RSI, RDI, R8, R9, R10,
                                           R11, R12, R13, R15, RBP,
...
def CSR_64_AllRegs_NoSSE : CalleeSavedRegs<(add RAX, RBX, RCX, RDX, RSI, RDI, R8, R9,
                                                R10, R11, R12, R13, R15, RBP)>;

我的问题是：

X86CallingConv.td 是我应该修改的唯一文件吗？我想是的，但也许我错了。
我关注的是正确的台词吗？也许这更难回答，但至少一个方向可能会有所帮助。

我是运行 Debian 10.5 中的 LLVM 11。

编辑：

更改行，从“隐藏”定义中删除 R14：

def CSR_SysV64_RegCall_NoSSE : CalleeSavedRegs<(add RBX, RBP, RSP,
                                               (sequence "R%u", 12, 13), R15)>;

正如玛格丽特正确指出的那样，也没有帮助。

Answer 1

原来，最小的修改是行：

def CSR_64 : CalleeSavedRegs<(add RBX, R12, R13, R15, RBP)>;

问题出在我构建源代码的方式上。

通过运行 cmake --build . 再次在原始安装后， llc 工具没有被全局修改（我认为它会因为我正在构建默认架构 - X86 - 但这无关紧要）。所以，我调用了一个未修改的 llc-11 工具。因此，当我运行:

/path/to/llvm-project/build/bin/lcc main.ll -o main.s

main.s 包含：

# %bb.0:
        movq    %rdi, -8(%rsp)
        #APP
        #NO_APP
        movq    -8(%rsp), %rax
        addq    , %rax
        retq

这正是我想要的。

通过修改 LLVM Backend 来 Clobber X86 注册

Clobber X86 register by modifying LLVM Backend

llvm

x86-64

cpu-registers

llc