禁止在x86/x86\u 64上进行未对齐的内存访问

Question

我想模拟x86/x86_64上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来执行此操作？

当使用为SPARC或其他类似CPU设计的软件（C/C）时，我想在几台x86/x86_64PC上运行许多（CPU密集型）测试。但是我对Sparc的访问是有限的。

正如我所知，Sparc总是检查内存读写的对齐是否正常（从任何地址读取一个字节，但仅当地址可被4整除时才允许读取一个4字节的字）。

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

或者EFLAGS中是否有秘密CPU标志？

Answer 1

GCC和Clang都内置了UndefinedBehaviorSanitizer。其中一项检查“对齐”（alignment）可以通过使用-fsanize=alignment启用。它将发出代码，在运行时检查指针对齐，如果未对齐的指针被取消引用，则终止。

请参阅在线文档：

• https://clang.llvm.org/docs/UndefinedBehaviorSanitizer.html

Answer 2

这很棘手，我没有亲自做过，但我认为你可以通过以下方式来做：

x86\u 64 CPU（特别是我已经检查过Intel Corei7，但我想其他CPU也一样）有一个性能计数器disalign\u MEM\u REF，用于计数器未对齐的内存引用。

因此，首先，您可以在Linux下运行程序并使用“perf”工具来统计代码执行的未对齐访问的数量。

一种更为棘手和有趣的方法是编写一个内核模块，对性能计数器进行编程，以在溢出时生成中断，并使其溢出第一个未对齐的加载/存储。在内核模块中响应此中断，但向html" target="_blank">进程发送信号。

实际上，这将把x86\u 64变成一个不支持未对齐访问的核心。

但这并不简单——除了代码之外，系统库还使用未对齐的访问，因此很难将它们与您自己的代码分开。

Answer 3

我刚刚阅读了一个问题，未对齐的内存访问是否总是会导致总线错误？链接到维基百科文章Segtion Fault。

在这篇文章中，有一个很好的提示，提醒我们不要忘记非常罕见的英特尔处理器标志AC，也就是对齐检查。

下面是如何启用它（来自维基百科的总线错误示例，修复了x86-64 System V的红色区域重击错误，因此这在Linux和MacOS上是安全的，并从Basic ash转换而来，这在函数内部从来都不是一个好主意：您希望对AC的更改是有序的。内存访问。

#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

一旦启用，它的工作原理就像/proc/cpu/对准中的ARM对齐设置一样，请参阅答案如何捕获未对齐的内存访问？例如。

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

但是请注意，libc手写的memcpy和其他函数仍然会进行未对齐的访问，因此在x86（包括x86-64）上设置AC通常是不实用的。即使您的源没有，GCC有时也会发出使未对齐访问成为未对齐访问的ash，例如作为一次复制或归零两个相邻数组元素或结构成员的优化。