Question

我想在x86 / x86_64上使用禁止的未对齐内存访问来模拟系统。是否有一些调试工具或特殊模式来执行此操作？

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总是检查内存读写中的对齐是否自然（从任何地址读取一个字节，但只有当地址可以被4整除时才允许读取4字节字）。

可能是Valgrind还是PIN有这样的模式？还是特殊的编译模式？我正在寻找Linux非商业工具，但也允许使用Windows工具。

或者可能是EFLAGS中有秘密的CPU标志？

Answer 1

我刚刚阅读了与维基百科文章Does unaligned memory access always cause bus errors?相关的问题Segmentation Fault。

在文章中，有一个非常罕见的Intel processor flags AC aka对齐检查的精彩提醒。

以下是如何启用它（来自Segmentation Fault）：

#if defined(__GNUC__)
# if defined(__i386__)
    /* Enable Alignment Checking on x86 */
    __asm__("pushf\norl $0x40000,(%esp)\npopf");
# elif defined(__x86_64__) 
     /* Enable Alignment Checking on x86_64 */
    __asm__("pushf\norl $0x40000,(%rsp)\npopf");
# endif
#endif

一旦启用它就像/proc/cpu/alignment中的ARM对齐设置一样工作，请参阅答案How to trap unaligned memory access?以获取示例。

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

Answer 2

这很棘手，我没有亲自完成，但我认为你可以通过以下方式完成：

x86_64 CPU（特别是我已经检查过Intel Corei7，但我猜其他人也有）有一个性能计数器MISALIGN_MEM_REF，用于计算未对齐的内存引用。

首先，您可以运行您的程序并使用Linux下的“perf”工具来计算您的代码所执行的错位访问次数。

更棘手和有趣的黑客是编写一个内核模块，该模块对性能计数器进行编程，以便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，但向您的进程发送信号。

这实际上会将x86_64转变为不支持未对齐访问的核心。

这不会很简单 - 除了代码之外，系统库还使用未对齐的访问，因此将它们与您自己的代码分开会很棘手。

Answer 3

GCC 和 Clang 都内置了 UndefinedBehaviorSanitizer。其中一项检查 alignment 可以通过 -fsanitize=alignment 启用。它将发出代码以在运行时检查指针对齐情况，并在取消引用未对齐的指针时中止。

Answer 4

也许你可以通过所有对齐的动作以某种方式编译到SSE。使用movaps进行的未对齐访问是非法的，可能会在其他架构上进行非法的未对齐访问。

禁止在x86 / x86_64上进行未对齐的内存访问

4 个答案: