我可以在 x86-64 中使用 gcc 为不同变量选择 RIP 相对或绝对寻址吗

Question

我编写了自己的链接脚本，将不同的变量放入两个不同的数据部分（A 和 B）。

A链接到零地址； B 链接到代码附近，位于高地址空间（高于 4G，这对于 x86-64 中的正常绝对寻址是不可用的）。

A可以通过绝对寻址来访问，但不能通过RIP相对寻址来访问； B可以通过RIP相对寻址来访问，但不是绝对的；

我的问题：有没有办法为 gcc 中的不同变量选择 RIP 相对或绝对寻址？也许带有一些注释，例如 #pragma？

Answer 1

如果不破解 GCC 源代码，您将无法让它发出32 位绝对寻址，但在某些情况下 gcc 将使用 64 位绝对地址。

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-mcmodel=medium 将大对象放入单独的部分，对大数据部分使用 64 位绝对地址。 （所有对象都必须同意大小阈值，由 -mlarge-data-threshold= 设置）。但对于所有其他变量仍使用 RIP 相对值。

有关不同内存模型的更多信息，请参阅 x86-64 System V ABI 文档。和/或 -mcmodel= 和 -mlarge-data-threshold= 的 GCC 文档：https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/x86-Options.html
默认值为 -mcmodel=small ：所有内容都在 2GiB 范围内，因此 RIP 相对有效。对于非 PIE 可执行文件，这是虚拟地址空间的低 2GiB，因此静态地址可以是 32 位绝对符号或零扩展立即数或寻址模式中的 disp32。

int a[1000000];
int b[1];

int fa() {   return a[0];  }
int fb() {   return b[0];  }

ASM 输出 (Godbolt)：

# gcc9.2 -O3 -mcmodel=medium
fa():
        movabs  eax, DWORD PTR [a]     # 64-bit absolute address, special encoding for EAX
        ret
fb():
        mov     eax, DWORD PTR b[rip]
        ret

用于加载到 AL/AX/EAX/RAX、GCC 以外的寄存器将使用 movabs r64, imm64 与地址，然后使用 mov reg, [reg]。

您不会让 gcc 对 A 部分使用 32 位绝对寻址。它将始终使用 64 位绝对寻址，从不 [array + rdx* 4] 或 [abs foo]（NASM 语法）。并且永远不要使用 mov edi, msg (imm32) 将地址放入寄存器，而总是 mov rdi, qword msg (imm64)。

GCC 将 b 放入 .lbss 部分，并将 a 放入常规 .bss 中。 下使用 __attribute__((section("name")))

        .globl  b
        .section        .lbss,"aw"           # "aw" = allocate(?), writeable
        .align 32
        .size   b, 4000000
b:
        .zero   4000000

        .globl  a
        .bss                      # shortcut for .section
        .align 4
a:
        .zero   4

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想必您可以在不起作用的情况

• ： __attribute__((optimize("mcmodel=large")))基于每个功能。实际上不起作用，并且无论如何都是每个函数而不是每个变量。

• https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Variable -Attributes.html 不记录任何与内存模型或大小相关的 x86 或常见变量属性。唯一特定于 x86 的变量属性是 ms vs gcc 结构布局。

  函数和类型有特定于 x86 的属性，但这些没有帮助。

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可能的黑客：

将所有 A 部分变量放入一个大结构中，比任何 B 部分全局/静态对象都大。可能在末尾用虚拟数组填充它以使其更大：您的链接器脚本可能可以避免实际为该虚拟数组分配额外的空间。

然后使用 -mcmodel=medium mlarge-data-threshold=该大小进行编译。