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在macOS上用clang-O2编译C程序时,为什么“empty”循环会导致总线错误?

bus-error llvm clang macos c
  •  8
  • Karl Marklund  · 技术社区  · 7 年前

    我在macOS High Sierra。 

    $ uname -v
Darwin Kernel Version 17.2.0: Fri Sep 29 18:27:05 PDT 2017; root:xnu-4570.20.62~3/RELEASE_X86_64

    我有下面的综合程序。 

    void nop1() {
  for (;;);
}

void nop2() {
  while (1);
}

void nop3() {
  int i = 0;
  while(1) {
    i++;
  }
}

void nop4() {
  static int i = 0;
  while(1) {
    i++;
  };
}

int main() {
  nop1();
  return 0;
}

    编辑2: 在下面的示例中,我已经显式地使用clang进行编译。

    当我编译并运行以下C程序时 clang -O2 当出现总线错误时 main() 电话 nop1() , nop2() , nop3() 但不是为了 nop4() . 

    $ ./a.out
[1]    93029 bus error (core dumped)  ./a.out

    编译时没有 -O2 所有版本运行时均无总线错误。我想优化器会转换 nop3() 到 nop2() . 我想了解在每种情况下是什么导致总线错误,以及为什么在中使用静态变量 nop4() 不会导致总线错误。

    这是我的叮当声版本: 

    $ clang -v
Apple LLVM version 8.1.0 (clang-802.0.42)
Target: x86_64-apple-darwin17.2.0
Thread model: posix
InstalledDir: /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Toolchains/XcodeDefault.xctoolchain/usr/bin

    我还测试了Linux上的gcc: 

    $ uname -a
Linux trygger 4.4.0-112-generic #135-Ubuntu SMP Fri Jan 19 11:48:36 UTC 2018 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux

    ,程序运行正常 nop -功能,带和不带 -氧气 .

    这是我在Linux上的gcc版本。 

    $ gcc -v
Using built-in specs.
COLLECT_GCC=gcc
COLLECT_LTO_WRAPPER=/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/5/lto-wrapper
Target: x86_64-linux-gnu
Configured with: ../src/configure -v --with-pkgversion='Ubuntu 5.4.0-6ubuntu1~16.04.6' --with-bugurl=file:///usr/share/doc/gcc-5/README.Bugs --enable-languages=c,ada,c++,java,go,d,fortran,objc,obj-c++ --prefix=/usr --program-suffix=-5 --enable-shared --enable-linker-build-id --libexecdir=/usr/lib --without-included-gettext --enable-threads=posix --libdir=/usr/lib --enable-nls --with-sysroot=/ --enable-clocale=gnu --enable-libstdcxx-debug --enable-libstdcxx-time=yes --with-default-libstdcxx-abi=new --enable-gnu-unique-object --disable-vtable-verify --enable-libmpx --enable-plugin --with-system-zlib --disable-browser-plugin --enable-java-awt=gtk --enable-gtk-cairo --with-java-home=/usr/lib/jvm/java-1.5.0-gcj-5-amd64/jre --enable-java-home --with-jvm-root-dir=/usr/lib/jvm/java-1.5.0-gcj-5-amd64 --with-jvm-jar-dir=/usr/lib/jvm-exports/java-1.5.0-gcj-5-amd64 --with-arch-directory=amd64 --with-ecj-jar=/usr/share/java/eclipse-ecj.jar --enable-objc-gc --enable-multiarch --disable-werror --with-arch-32=i686 --with-abi=m64 --with-multilib-list=m32,m64,mx32 --enable-multilib --with-tune=generic --enable-checking=release --build=x86_64-linux-gnu --host=x86_64-linux-gnu --target=x86_64-linux-gnu
Thread model: posix
gcc version 5.4.0 20160609 (Ubuntu 5.4.0-6ubuntu1~16.04.6)

    编辑4

    也许耳石的输出更容易分析。首先使用 -氧气 . 

    $ clang -O2 segfault.c
$ otool -vt a.out
a.out:
(__TEXT,__text) section
_nop1:
0000000100000f30    pushq   %rbp
0000000100000f31    movq    %rsp, %rbp
0000000100000f34    nopw    %cs:(%rax,%rax)
0000000100000f40    jmp 0x100000f40
0000000100000f42    nopw    %cs:(%rax,%rax)
_nop2:
0000000100000f50    pushq   %rbp
0000000100000f51    movq    %rsp, %rbp
0000000100000f54    nopw    %cs:(%rax,%rax)
0000000100000f60    jmp 0x100000f60
0000000100000f62    nopw    %cs:(%rax,%rax)
_nop3:
0000000100000f70    pushq   %rbp
0000000100000f71    movq    %rsp, %rbp
0000000100000f74    nopw    %cs:(%rax,%rax)
0000000100000f80    jmp 0x100000f80
0000000100000f82    nopw    %cs:(%rax,%rax)
_nop4:
0000000100000f90    pushq   %rbp
0000000100000f91    movq    %rsp, %rbp
0000000100000f94    nopw    %cs:(%rax,%rax)
0000000100000fa0    jmp 0x100000fa0
0000000100000fa2    nopw    %cs:(%rax,%rax)
_main:
0000000100000fb0    pushq   %rbp
0000000100000fb1    movq    %rsp, %rbp

    而且没有 -氧气 . 

    $ clang segfault.c
$ otool -vt a.out
a.out:
(__TEXT,__text) section
_nop1:
0000000100000f30    pushq   %rbp
0000000100000f31    movq    %rsp, %rbp
0000000100000f34    jmp 0x100000f39
0000000100000f39    jmp 0x100000f39
0000000100000f3e    nop
_nop2:
0000000100000f40    pushq   %rbp
0000000100000f41    movq    %rsp, %rbp
0000000100000f44    jmp 0x100000f49
0000000100000f49    jmp 0x100000f49
0000000100000f4e    nop
_nop3:
0000000100000f50    pushq   %rbp
0000000100000f51    movq    %rsp, %rbp
0000000100000f54    movl    $0x0, -0x4(%rbp)
0000000100000f5b    movl    -0x4(%rbp), %eax
0000000100000f5e    addl    $0x1, %eax
0000000100000f61    movl    %eax, -0x4(%rbp)
0000000100000f64    jmp 0x100000f5b
0000000100000f69    nopl    (%rax)
_nop4:
0000000100000f70    pushq   %rbp
0000000100000f71    movq    %rsp, %rbp
0000000100000f74    jmp 0x100000f79
0000000100000f79    movl    0x81(%rip), %eax
0000000100000f7f    addl    $0x1, %eax
0000000100000f82    movl    %eax, 0x78(%rip)
0000000100000f88    jmp 0x100000f79
0000000100000f8d    nopl    (%rax)
_main:
0000000100000f90    pushq   %rbp
0000000100000f91    movq    %rsp, %rbp
0000000100000f94    subq    $0x10, %rsp
0000000100000f98    movl    $0x0, -0x4(%rbp)
0000000100000f9f    callq   0x100000f40
0000000100000fa4    xorl    %eax, %eax
0000000100000fa6    addq    $0x10, %rsp
0000000100000faa    popq    %rbp
0000000100000fab    retq

    编辑3

    根据@Olaf的请求,我添加了由clang-S生成的程序集。 

        .section    __TEXT,__text,regular,pure_instructions
    .macosx_version_min 10, 12
    .globl  _nop1
    .p2align    4, 0x90
_nop1:                                  ## @nop1
    .cfi_startproc
## BB#0:
    pushq   %rbp
Ltmp0:
    .cfi_def_cfa_offset 16
Ltmp1:
    .cfi_offset %rbp, -16
    movq    %rsp, %rbp
Ltmp2:
    .cfi_def_cfa_register %rbp
    jmp LBB0_1
LBB0_1:                                 ## =>This Inner Loop Header: Depth=1
    jmp LBB0_1
    .cfi_endproc

    .globl  _nop2
    .p2align    4, 0x90
_nop2:                                  ## @nop2
    .cfi_startproc
## BB#0:
    pushq   %rbp
Ltmp3:
    .cfi_def_cfa_offset 16
Ltmp4:
    .cfi_offset %rbp, -16
    movq    %rsp, %rbp
Ltmp5:
    .cfi_def_cfa_register %rbp
    jmp LBB1_1
LBB1_1:                                 ## =>This Inner Loop Header: Depth=1
    jmp LBB1_1
    .cfi_endproc

    .globl  _nop3
    .p2align    4, 0x90
_nop3:                                  ## @nop3
    .cfi_startproc
## BB#0:
    pushq   %rbp
Ltmp6:
    .cfi_def_cfa_offset 16
Ltmp7:
    .cfi_offset %rbp, -16
    movq    %rsp, %rbp
Ltmp8:
    .cfi_def_cfa_register %rbp
    movl    $0, -4(%rbp)
LBB2_1:                                 ## =>This Inner Loop Header: Depth=1
    movl    -4(%rbp), %eax
    addl    $1, %eax
    movl    %eax, -4(%rbp)
    jmp LBB2_1
    .cfi_endproc

    .globl  _nop4
    .p2align    4, 0x90
_nop4:                                  ## @nop4
    .cfi_startproc
## BB#0:
    pushq   %rbp
Ltmp9:
    .cfi_def_cfa_offset 16
Ltmp10:
    .cfi_offset %rbp, -16
    movq    %rsp, %rbp
Ltmp11:
    .cfi_def_cfa_register %rbp
    jmp LBB3_1
LBB3_1:                                 ## =>This Inner Loop Header: Depth=1
    movl    _nop4.i(%rip), %eax
    addl    $1, %eax
    movl    %eax, _nop4.i(%rip)
    jmp LBB3_1
    .cfi_endproc

    .globl  _main
    .p2align    4, 0x90
_main:                                  ## @main
    .cfi_startproc
## BB#0:
    pushq   %rbp
Ltmp12:
    .cfi_def_cfa_offset 16
Ltmp13:
    .cfi_offset %rbp, -16
    movq    %rsp, %rbp
Ltmp14:
    .cfi_def_cfa_register %rbp
    subq    $16, %rsp
    movl    $0, -4(%rbp)
    callq   _nop1
    xorl    %eax, %eax
    addq    $16, %rsp
    popq    %rbp
    retq
    .cfi_endproc

.zerofill __DATA,__bss,_nop4.i,4,2      ## @nop4.i

.subsections_via_symbols
    2 回复  |  直到 7 年前
        1
  •  6
  •   Ilya Popov    7 年前

    这是LLVM中的已知错误。您看到的行为对C++有效,但对C无效。

    请参阅2006年的错误报告#965 here .

    最近,由于生锈,这个问题再次出现 being hit by this .

    有一个修补程序 here ,该版本于2017年11月合并,但我不知道它将在哪个版本发布。

    另请参见邮件列表中的讨论 here .

        2
  •  0
  •   C_Elegans    7 年前

    看起来,clang只生成了函数的序言,其他什么都没有,让执行落到了另一个不相关的代码位上。在我的机器上,它产生: 

    0000000100000fa0 <_main>:
   100000fa0:   55                      push   rbp
   100000fa1:   48 89 e5                mov    rbp,rsp

Disassembly of section __TEXT.__unwind_info:

0000000100000fa4 <__TEXT.__unwind_info>:
   100000fa4:   01 00                   add    DWORD PTR [rax],eax
   100000fa6:   00 00                   add    BYTE PTR [rax],al
   100000fa8:   1c 00                   sbb    al,0x0
   100000faa:   00 00                   add    BYTE PTR [rax],al
   100000fac:   00 00                   add    BYTE PTR [rax],al

    总线错误是由第一个 add 说明,as rax 指向 _main ,并尝试写入只读内存。

    有趣的是 __asm__ volatile("nop\n"); 作为中的第一行 nop1 提供正确的行为。

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