Gcc 为什么在此内联汇编语句中忽略此指针取消引用？

在XNU源代码中，特别是

有一个用于快速访问线程本地数据的功能：

__attribute__((always_inline))
static __inline__ void*
_os_tsd_get_direct(unsigned long slot)
{
    void *ret;
    __asm__("mov %%gs:%1, %0" : "=r" (ret) : "m" (*(void **)(slot * sizeof(void *))));
    return ret;
}

我对编译器解释内联程序集的方式感到困惑

假设

slot==1

。在x86_64上，sizeof（void*）==8，因此输入操作数表达式变为

*（void**）（8）

。为什么以下取消引用不会导致内存访问错误

事实上，如果我试图将表达式移出

asm

语句，我确实会得到一个错误

void * my_os_tsd_get_direct(unsigned long slot) {
    void *ret;
    void *ptr = *(void **)(slot * sizeof(void *));
    __asm__("mov %%gs:%1, %0" : "=r" (ret) : "m" (ptr));
    return ret;
}

我查看了汇编程序的输出，发现第二个版本取消了对指针的引用，但第一个版本没有

所以我想，好吧，让我们尝试删除

asm

语句中的显式解引用，因为编译器似乎忽略了它

void * my_os_tsd_get_direct_v2(unsigned long slot) {
    void *ret;
    __asm__("mov %%gs:%1, %0" : "=r" (ret) : "m" ((void *)(slot * sizeof(void *))));
    return ret;
}

但这会产生

错误：asm输入中约束“m”的左值无效

有人能解释一下发生了什么事吗

为什么以下取消引用不会导致内存访问错误

因为您将它用作asm块的内存操作数，asm块不会直接对其进行反求，只会相对于GS段基GS base设置为我们希望该线程的线程本地存储块所在的任何虚拟地址。

有关Linux上的gcc如何使用FS或GS段寄存器实现线程本地存储（TLS），请参阅和/或。XNU显然在做基本相同的事情，但是使用内联asm而不是利用GNUC内置线程


“m”
约束有点类似于C的
&
运算符：编译器不将对象加载到寄存器中，而只是替换将对象引用到asm模板中的寻址模式

由于此asm模板不直接使用寻址模式，而是使用
%%gs:
，因此它实际上并没有取消对
*（void**）（slot*sizeof（void*））
的引用，如果将其分配给纯C中的变量，则会发生这种情况

asm模板替换是纯文本的。您可以执行类似于
16+%0
的操作来访问内存操作数前面16字节的内存位置


通常，查看编译器的asm输出会有所帮助。我把你的代码，并删除了静态内联的东西，所以我们可以看到一个独立的函数定义asm

void*
_os_tsd_get_direct(unsigned long slot)
{
    void *ret;
    __asm__("mov %%gs:%1, %0\n\t"
            "nop  # operand 1 was %1" : "=r" (ret) : "m" (*(void **)(slot * sizeof(void *))));
    return ret;
}

集合到

#gcc -O3
    mov %gs:0(,%rdi,8), %rax
    nop                       # operand 1 was 0(,%rdi,8)
    ret

我使用了NOP而不仅仅是注释，所以即使Godbolt删除了仅注释行，它仍然可见。添加显示模板操作数是什么的伪注释通常很方便（特别是当您使用任何隐式操作数指令，并且希望看到编译器为模板中未提及的操作数选择了什么时）

在这里，我添加它只是为了说明编译器所替代的
0（，%rdi，8）
只是文本，可以在您要求的任何地方使用。诀窍是，我们在一个
%%gs:
之后立即请求它


void*ptr=*（void**）（插槽*sizeof（void*）

那是在做完全不同的事情。实际上，您正在将TLS偏移作为指针解引用到平面虚拟地址空间（使用默认的DS段基=0）

如果你想分手，你会的

void * separated_os_tsd_get_direct(unsigned long slot) {
    void *ret;
    unsigned long slot_offset = slot * sizeof(void*);
    void **gs_ptr = (void **)slot_offset;
    __asm__("mov %%gs:%1, %0" : "=r" (ret) : "m" (*gs_ptr));
    return ret;
}

汇编至：

separated_os_tsd_get_direct(unsigned long):
    mov %gs:0(,%rdi,8), %rax
    ret

asm模板的操作数必须是指针解引用，而不是本地操作数。启用优化后，可以对局部进行优化，并将其转换回原始位置的指针deref（如果使用语义编写，则与您的版本不同），但最好避免在
“m”（*ptr）
约束中的表达式之外的实际deref，以确保其安全

为什么以下取消引用不会导致内存访问错误

因为您将它用作asm块的内存操作数，asm块不会直接对其进行反求，只会相对于GS段基GS base设置为我们希望该线程的线程本地存储块所在的任何虚拟地址。

有关Linux上的gcc如何使用FS或GS段寄存器实现线程本地存储（TLS），请参阅和/或。XNU显然在做基本相同的事情，但是使用内联asm而不是利用GNUC内置线程


“m”
约束有点类似于C的
&
运算符：编译器不将对象加载到寄存器中，而只是替换将对象引用到asm模板中的寻址模式

由于此asm模板不直接使用寻址模式，而是使用
%%gs:
，因此它实际上并没有取消对
*（void**）（slot*sizeof（void*））
的引用，如果将其分配给纯C中的变量，则会发生这种情况

asm模板替换是纯文本的。您可以执行类似于
16+%0
的操作来访问内存操作数前面16字节的内存位置


通常，查看编译器的asm输出会有所帮助。我把你的代码，并删除了静态内联的东西，所以我们可以看到一个独立的函数定义asm

void*
_os_tsd_get_direct(unsigned long slot)
{
    void *ret;
    __asm__("mov %%gs:%1, %0\n\t"
            "nop  # operand 1 was %1" : "=r" (ret) : "m" (*(void **)(slot * sizeof(void *))));
    return ret;
}

集合到

#gcc -O3
    mov %gs:0(,%rdi,8), %rax
    nop                       # operand 1 was 0(,%rdi,8)
    ret

我使用了NOP而不仅仅是注释，所以即使Godbolt删除了仅注释行，它仍然可见。添加显示模板操作数是什么的伪注释通常很方便（特别是当您使用任何隐式操作数指令，并且希望看到编译器为模板中未提及的操作数选择了什么时）

在这里，我添加它只是为了说明编译器所替代的
0（，%rdi，8）
只是文本，可以在您要求的任何地方使用。诀窍是，我们在一个
%%gs:
之后立即请求它


void*ptr=*（void**）（插槽*sizeof(