ARM组装。将r13（堆栈指针）用作通用寄存器是否安全？

Question

我正在编写一个非常优化的叶子函数，为了使其运行更快，我想使用R13作为通用寄存器。在使用R13并将其从功能返回之前，我通过将R13移至VFP寄存器之一来保留它，方法是将其移回。看起来像这样：

/* Start of the function */
push { r4 - r12, r14 }
vmov s0, r13
/* Body of the function. Here I use R13
 * as a general purpose register */
vmov r13, s0
pop { r4 - r12, r14 }
bx lr

而且有效。但是我已经读到某些操作系统假定R13始终用作堆栈指针，并将其用作通用寄存器可能会导致崩溃。我还应该说这个功能只能在Android（Linux）上运行。谢谢！

Answer 1

显然，只有在已经使用了所有其他GP寄存器（包括）的情况下lr，才应考虑这一点，并且即使只关心低32位，也不能将某些工作转移到NEON寄存器中，例如，使用压缩整数。

（仅将SIMD规则用于更大的标量整数通常仅在以下情况下才有用：存在一组隔离的值，这些值与算法中的其他值不相互作用，并且您无需在它们上分支或将它们用作指针。 int和SIMD在某些ARM CPU上运行缓慢。）

这是非常不标准的，甚至只有在用户空间（而不是内核）中可能是安全的

如果安装了任何信号处理程序，则当这些信号之一到达时，堆栈指针必须有效。（那是异步的。）

在Linux中，除了信号处理程序外，用户空间堆栈指针没有其他异步用法。 （除非您正在使用GDB进行调试，并使用print foo(123)foo是目标进程中的函数。）

如关于“我可以将rsp用作通用寄存器（此问题的x86-64等效）”的注释中所述，即使对于信号，也存在一种解决方法：

使用sigaltstack建立一个替代堆栈，并指定SA_ONSTACK在标志用于sigaction安装处理程序时。

正如@Timothy所指出的，如果您的SP暂存值可能是恰好“指向”备用堆栈的整数，则信号分配机制将假定这是一个嵌套信号，并且不会修改SP（因为在实际的嵌套中-信号的情况下，将覆盖第一个仍在使用的信号处理程序堆栈）。因此push，除非您分配所需数量的两倍，并且只将上半部分传递给sigaltstack，否则您可能会离开SP进入未映射的页面。（对于简单的信号处理程序，可能只需要2k或4k，这些信号处理程序在执行不多之后就会返回）。

即使使用嵌套信号，这也应该是安全的：只有最外面的信号处理程序才能在alt堆栈的底部附近开始，并使用超出实际altstack的某些分配空间。如果SP仍位于altstack中，则另一个信号将使用该空间以下的空间。否则，如果SP已到达altstack之外，它将使用altstack的顶部。

或者，如果您的GP寄存器中的任何一个需要作为指针，则可以使用SP来保存指向绝对不是alt堆栈的指针，从而避免这种过度分配的需要。 如果它是有效的指针，则在调试程序将当前SP用于某些内容，或者您​​错改了altstack机制的情况下，您很容易遭受破坏，而不会出错。但这只是失败模式的不同：两者都是灾难性的。

硬件中断将状态保存在内核堆栈上，而不是用户空间堆栈上。如果他们使用了用户堆栈：

1. 用户空间具有无效的SP可能会使操作系统崩溃。
2. 用户空间可以通过让另一个用户空间线程修改内核的堆栈数据（包括返回地址）来获得内核特权。

（一个进程的所有用户空间线程共享同一页表，并且可以读取/写入彼此的堆栈映射。）

Linux / Android与轻量级RTOS完全不同，后者没有虚拟内存或严格执行特权分离。