linux - 禁止在 x86/x86_64 上进行未对齐的内存访问

Question

我想在 x86/x86_64 上模拟禁止未对齐内存访问的系统。是否有一些调试工具或特殊模式可以执行此操作？

在使用为 SPARC 或其他类似 CPU 设计的软件 (C/C++) 时，我想在几台 x86/x86_64 PC 上运行许多(CPU 密集型)测试。但是我对 Sparc 的访问是有限的。

据我所知，Sparc 总是检查内存读取和写入的对齐是否自然(从任何地址读取一个字节，但仅本地址可被 4 整除时才允许读取 4 字节的字)。

可能是 Valgrind 或 PIN 有这样的模式？还是编译器的特殊模式？我正在搜索 Linux 非商业工具，但也允许使用 Windows 工具。

或者 EFLAGS 中可能有 secret CPU 标志？

Answer 1

我刚刚阅读了问题 Does unaligned memory access always cause bus errors?链接到维基百科文章Segmentation Fault .

在这篇文章中，有一个非常不常见的精彩提醒 Intel processor flags AC 又名对齐检查。

下面是启用它的方法(来自维基百科的 Bus Error example，其中 red-zone clobber bug 已针对 x86-64 System V 进行了修复，因此这在 Linux 和 MacOS 上是安全的，而 converted from Basic asm 在函数内部绝不是一个好主意:您希望根据内存访问对 AC 进行更改。

#if defined(__GNUC__)
# if defined(__i386__)
    /* Enable Alignment Checking on x86 */
    __asm__("pushf\n orl $0x40000,(%%esp)\n popf" ::: "memory");
# elif defined(__x86_64__) 
     /* Enable Alignment Checking on x86_64 */
    __asm__("add $-128, %%rsp \n"    // skip past the red-zone, in case there is one and the compiler has local vars there.
            "pushf\n"
            "orl $0x40000,(%%rsp)\n"
            "popf \n"
            "sub $-128, %%rsp"       // and restore the stack pointer.
           ::: "memory");       // ordered wrt. other mem access
# endif
#endif

启用后，它的工作方式很像 /proc/cpu/alignment 中的 ARM 对齐设置，请参阅答案 How to trap unaligned memory access?例如。

此外，如果您使用的是 GCC，我建议您启用 -Wcast-align 警告。当为具有严格对齐要求的目标(例如 ARM)构建时，GCC 将报告可能导致未对齐内存访问的位置。

但注意libc手写的asm for memcpy等函数还是会进行未对齐访问，所以设置AC在x86(包括x86-64)上往往不实用。 GCC 有时会发出 asm 进行未对齐访问，即使您的源代码没有，例如作为一次复制或清零两个相邻数组元素或结构成员的优化。