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计算机研究与发展 2025年第5期62卷 1136-1150页

作者：舒燕君郑翔宇徐成华黄沛王永琪周凡张展左德承哈尔滨工业大学计算学部哈尔滨150001 龙芯中科技术股份有限公司北京100095 中国科学技术大学计算机科学与技术学院合肥230026

为了减少内存安全检查的开销,LoongArch指令集架构引入了边界检查访存类指令.然而,作为一种新的内存访问指令,目前GCC(GNU compiler collection)编译器不支持该类指令,LoongArch硬件能力不能得到充分利用.针对此LoongArch边界检查访存... 详细信息

为了减少内存安全检查的开销,LoongArch指令集架构引入了边界检查访存类指令.然而,作为一种新的内存访问指令,目前GCC(GNU compiler collection)编译器不支持该类指令,LoongArch硬件能力不能得到充分利用.针对此LoongArch边界检查访存指令改进了GCC编译器,实现利用该类指令优化程序的内存安全检查.具体而言,完成了3个方面的工作:1)设计实现了针对边界检查访存指令的内建函数;2)改进GCC RTL(register transfer language)阶段的优化器,使其能够识别无异常处理和带异常处理2种情况的边界检查访存语义,并自动优化;3)面向LoongArch边界检查访存指令触发的边界检查异常(bound check exception,BCE),设计了新的Linux内核异常信号SIGBCE和相应的运行时库glibc(GNU C library)的信号处理函数,实现了BCE处理.通过在GCC 12.2.0和龙芯3C5000L服务器进行实验,验证了改进后的编译器不仅能正确使用新引入的边界检查访存指令,而且在某些安全函数中带来接近20%的性能提升.完善了LoongArch生态,推进了LoongArch指令集发展,对此类特定指令编译器优化工作有一定的借鉴意义.

关键词：编译器优化 LoongArch GCC 边界检查访存龙芯CPU 异常处理内存安全

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面向LoongArch边界检查访存指令的GCC优化实现

引用

计算机研究与发展 2024年

作者：舒燕君郑翔宇徐成华黄沛王永琪周凡张展左德承哈尔滨工业大学计算学部龙芯中科技术股份有限公司中国科学技术大学计算机科学与技术学院

为了减少内存安全检查的开销，LoongArch指令集架构引入了边界检查访存类指令．然而，作为一种新的内存访问指令，目前GCC（GNU compiler collection）编译器不支持该类指令，LoongArch硬件能力不能得到充分利用．针对此LoongArch边界... 详细信息

为了减少内存安全检查的开销，LoongArch指令集架构引入了边界检查访存类指令．然而，作为一种新的内存访问指令，目前GCC（GNU compiler collection）编译器不支持该类指令，LoongArch硬件能力不能得到充分利用．针对此LoongArch边界检查访存指令改进了GCC编译器，实现利用该类指令优化程序的内存安全检查．具体而言，完成了3个方面的工作：1）设计实现了针对边界检查访存指令的内建函数；2）改进GCC RTL（register transfer language）阶段的优化器，使其能够识别无异常处理和带异常处理2种情况的边界检查访存语义，并自动优化；3）面向LoongArch边界检查访存指令触发的边界检查异常（bound check exception，BCE），设计了新的Linux内核异常信号SIGBCE和相应的运行时库glibc（GNU C library）的信号处理函数，实现了边界检查异常处理．通过在GCC 12.2.0和龙芯3C5000L服务器进行实验，验证了改进后编译器不仅能正确使用新引入的边界检查访存指令，并在某些安全函数中带来接近20%的性能提升．完善了LoongArch生态、推进了LoongArch指令集发展．对此类特定指令编译器优化工作有一定的借鉴意义．

关键词：编译器优化 LoongArch GCC 边界检查访存龙芯CPU 异常处理内存安全

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