c - 内联汇编无法在没有优化的情况下编译

Question

我在 32 位 Linux 进程中需要 futex 系统调用，但不能使用 syscall功能(标题不可用)。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;
}

正如预期的那样编译。
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偷偷摸摸的错误。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));

使用 gcc -m32 编译时，它失败了 'asm' operand has impossible constraints .使用 clang -fomit-frame-pointer -m32 编译时，它失败了 inline assembly requires more registers than available .不过，我不明白为什么。
但是，当使用 -O1 -m32 编译时(或除 -O0 之外的任何级别)，它编译得很好。
我看到两个明显的解决方案:

使用 "memory"取而代之的是 clobber，它可能过于严格，阻止编译器将不相关的变量保留在寄存器中

使用 __attribute__((optimize("-O3"))) ，我想避免

还有其他解决方案吗？

Answer 1

编译器不知道您实际上并没有使用 *uaddr和 *timeout操作数，所以它仍然要决定什么 %9和 %10如果你要使用它们，应该扩展到。这些对象的地址是作为参数传递的，所以不能直接生成内存引用；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，编译器可以尝试加载指针 uaddr进入 ecx然后展开 %9至 (%ecx) .不幸的是，您已经为其他操作数声明了机器的所有寄存器，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，可以找出指针 uaddr已在 ebx 中可用，所以它可以扩展 %9至 (%ebx)同样%10至 (%esi) .然后它不需要任何额外的寄存器，一切都很好。
如果你真的提到 %9，你就会看到这种情况发生。和 %10在内联汇编中，如 this example .随着优化，它就像我说的那样。如您所知，如果没有优化，它将无法编译，但是如果我们 drop a couple of the other operands为了释放一些寄存器(这里是 ecx 和 edx )，我们看到它现在正在扩展 %7, %8 (他们重新编号)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两者都包含相同的值。
除了您已有的想法:启用优化或使用“内存”破坏者之外，我认为没有任何好方法可以避免这种情况。我怀疑“内存”破坏器是否会在如此短的函数中影响生成的代码，无论如何，如果您在没有优化的情况下进行编译，那么您已经放弃了对高效代码的任何希望。或者，只需在汇编中编写整个函数。