禁用glibc（LD_HWCAP_MASK，/ etc / ld.so.nohwcap）中的AVX优化函数以用于valgrind和gdb记录

Question

用glibc现代x86_64的Linux将检测到CPU具有支持AVX扩展，并会从通用实现许多字符串函数切换到AVX优化版（带ifunc调度员的帮助：1，2）。

此功能可以提高性能，但会阻止valgrind（较旧的libVEXs，在valgrind-3.8之前）和gdb的target record“（反向执行）”工具无法正常工作（Ubuntu“ Z” 17.04 beta， gdb 7.12
.50.20170207-0ubuntu2， gcc 6.3.0-8ubuntu1 20170221，Ubuntu GLIBC
2.24-7ubuntu2）：

$ cat a.c
#include <string.h>
#define N 1000
int main(){
        char src[N], dst[N];
        memcpy(dst, src, N);
        return 0;
}
$ gcc a.c -o a -fno-builtin
$ gdb -q ./a
Reading symbols from ./a...(no debugging symbols found)...done.
(gdb) start
Temporary breakpoint 1 at 0x724
Starting program: /home/user/src/a

Temporary breakpoint 1, 0x0000555555554724 in main ()
(gdb) record
(gdb) c
Continuing.
Process record does not support instruction 0xc5 at address 0x7ffff7b60d31.
Process record: failed to record execution log.

Program stopped.
__memmove_avx_unaligned_erms () at ../sysdeps/x86_64/multiarch/memmove-vec-unaligned-erms.S:416
416             VMOVU   (%rsi), %VEC(4)
(gdb) x/i $pc
=> 0x7ffff7b60d31 <__memmove_avx_unaligned_erms+529>:   vmovdqu (%rsi),%ymm4

Process record does not support instruction 0xc5gdb的“目标记录”实现中出现错误消息“

”，因为记录/重播引擎不支持AVX指令（有时在 _dl_runtime_resolve_avx功能上检测到问题）： https

//sourceware.org/ml/gdb/2016 -08 /
msg00028.html
“一些AVX指令不被过程记录支持”， https://bugs.launchpad.net/ubuntu/+source/gdb/+bug/1573786， https://bugs.debian.org/
cgi-bin / bugreport.cgi？bug = 836802， https
://bugzilla.redhat.com/show_bug.cgi?id=1136403

在https://sourceware.org/ml/gdb/2016-08/msg00028.html中提出的解决方案。或set
LD_BIND_NOW=1，但是重新编译的glibc仍然具有AVX，并且ld bind-now现在无济于事。

听说glibc
中有/etc/ld.so.nohwcap和LD_HWCAP_MASK配置。可以使用它们禁用glibc中的ifunc分派到AVX优化的字符串函数吗？

glibc（rtld？）如何使用cpuid，和/proc/cpuinfo（可能不是）或HWCAP
aux（LD_SHOW_AUXV=1 /bin/echo |grep HWCAP命令给出AT_HWCAP: bfebfbff）来检测AVX ？

Answer 1

似乎没有直接的运行时方法来修补特征检测。此检测发生在动态链接器（ld.so）的早期。

目前，对链接程序进行二进制修补似乎是最简单的方法。@osgx描述了一种覆盖跳转的方法。另一种方法是伪造cpuid结果。通常，在寄存器ebx，ecx和edx
中返回制造商ID的同时，cpuid(eax=0)返回支持的最高功能。我们在glibc
2.25中有以下代码片段：eaxsysdeps/x86/cpu- features.c

__cpuid (0, cpu_features->max_cpuid, ebx, ecx, edx);

/* This spells out "GenuineIntel".  */
if (ebx == 0x756e6547 && ecx == 0x6c65746e && edx == 0x49656e69)
  {
      /* feature detection for various Intel CPUs */
  }
/* another case for AMD */
else
  {
    kind = arch_kind_other;
    get_common_indeces (cpu_features, NULL, NULL, NULL, NULL);
  }

该__cpuid行将转换为/lib/ld-linux-x86-64.so.2（/lib/ld-2.25.so）中的这些说明：

172a8:       31 c0                   xor    eax,eax
172aa:       c7 44 24 38 00 00 00    mov    DWORD PTR [rsp+0x38],0x0
172b1:       00 
172b2:       c7 44 24 3c 00 00 00    mov    DWORD PTR [rsp+0x3c],0x0
172b9:       00 
172ba:       0f a2                   cpuid

因此，除了修补分支之外，我们还可以将更cpuid改为一条nop指令，该指令将导致最后一个else分支的调用（因为寄存器将不包含“
GenuineIntel”）。由于最初的eax=0，cpu_features->max_cpuid也将为0，if (cpu_features->max_cpuid >= 7)也将被绕过。

二进制补丁cpuid(eax=0)通过nop这个可以用这个工具来完成（x86和x86-64的作品）：

#!/usr/bin/env python
import re
import sys

infile, outfile = sys.argv[1:]
d = open(infile, 'rb').read()
# Match CPUID(eax=0), "xor eax,eax" followed closely by "cpuid"
o = re.sub(b'(\x31\xc0.{0,32}?)\x0f\xa2', b'\\1\x66\x90', d)
assert d != o
open(outfile, 'wb').write(o)

等效的Perl变体-0777可确保立即读取文件，而不是在换行符处分开记录：

perl -0777 -pe 's/\x31\xc0.{0,32}?\K\x0f\xa2/\x66\x90/' < /lib/ld-linux-x86-64.so.2 > ld-linux-x86-64-patched.so.2
# Verify result, should display "Success"
cmp -s /lib/ld-linux-x86-64.so.2 ld-linux-x86-64-patched.so.2 && echo 'Not patched' || echo Success

那是容易的部分。现在，我不想替换系统范围内的动态链接器，而是仅使用此链接器执行一个特定程序。当然，可以使用来完成./ld- linux-x86-64-patched.so.2 ./a，但是朴素的gdb调用无法设置断点：

$ gdb -q -ex "set exec-wrapper ./ld-linux-x86-64-patched.so.2" -ex start ./a
Reading symbols from ./a...done.
Temporary breakpoint 1 at 0x400502: file a.c, line 5.
Starting program: /tmp/a 
During startup program exited normally.
(gdb) quit
$ gdb -q -ex start --args ./ld-linux-x86-64-patched.so.2 ./a
Reading symbols from ./ld-linux-x86-64-patched.so.2...(no debugging symbols found)...done.
Function "main" not defined.
Temporary breakpoint 1 (main) pending.
Starting program: /tmp/ld-linux-x86-64-patched.so.2 ./a
[Inferior 1 (process 27418) exited normally]
(gdb) quit

如何使用自定义elf解释器调试程序中介绍了手动解决方法。它可以工作，但是很遗憾，它是使用的手动操作add- symbol-file。不过，应该可以使用GDB捕捉点将其自动化。

一点不二进制链接是一种替代方法LD_PRELOAD荷兰国际集团，它定义了自定义程序库memcpy，memove等等。这一操作将优先于glibc的程序。功能的完整列表在中提供sysdeps/x86_64/multiarch/ifunc- impl-list.c。与glibc 2.25发行版相比，当前的HEAD具有更多的符号，总计（grep -Po 'IFUNC_IMPL \(i, name, \K[^,]+' sysdeps/x86_64/multiarch/ifunc-impl-list.c）：

memchr，memcmp， memmove_chk，memmove，memrchr，
memset_chk，memset，rawmemchr，strlen，strnlen，stpncpy，stpcpy，strcasecmp，strcasecmp_l，strcat，strchr，strchpyuln，strrchr，strcmp，strcmpn，strcatnc，
strpbrk，strspn，strstr，wcschr，wcsrchr，wcscpy，wcslen，wcsnlen，wmemchr，wmemcmp，wmemset，
memcpy_chk，memcpy， mempcpy_chk，mempcpy，strncmp，__ wmemset_chk，