linux64栈帧,ARM栈帧与编译选项 - osc_tkri6ggp的个人空间 - OSCHINA - 中文开源技术交流社区...

看到一篇文章《冬之焱：谈谈Linux内核的栈回溯与妙用》，来自微信公众号"Linux阅码场"。文章主要写了Linux Backtrace的方法，里面提到ARM栈时，有这么一个图：

文章认为除了unwind模式，arm函数调用后都会压入PC,LR,SP,FP(即R15，R14，R13，R11)几个寄存器；但是，在平常ARM汇编代码中，很少能看到函数调用会压栈这么多寄存器。

实际上，压栈哪些寄存器，很大程度上是由编译选项决定的，下面是相关验证。代码很简单，就是在main 函数中调用了zperf_main进行测试：

1. gcc默认编译，无任何选项：

arm-linux-gnueabi-gcc -o test test.c

压栈了寄存器R4，R11和R14，R4为zperf_main函数中会改变的通用寄存器，R11作为FP指针使用(程序中不会改变)，R14作为LR。

2.  加编译选项 -O0

与不加选项完全一致，说明不加选项默认就是O0优化

3.  加编译选项 -O1 或者编译选项-O(两者一致)

arm-linux-gnueabi-gcc -O1 -o test1 test.c

压栈了寄存器R3-R11和R14，此时R14作为LR保存，R3-R11都是作为通用寄存器保存，R11并不作为FP，可以看到后面程序会将它作为通用寄存器使用。

4.  加编译选项 -O2

arm-linux-gnueabi-gcc -O2 -o test2 test.c

压栈了寄存器R3-R10和R14，此时R14作为LR保存，R3-R10都是作为通用寄存器保存，相比O1优化了R11的保存恢复。

5.  加编译选项 -O3

arm-linux-gnueabi-gcc -O3 -o test3 test.c

由于程序比较简单，编译后与O2完全一致。

6.  加编译选项 -fomit-frame-pointer

该选项的作用，在gcc手册中是这么描述的：

Don't keep the frame pointer in a register for functions that don't need one. This avoids the instructions to save, set up and restore frame pointers; it also makes an extra register available in many functions. It also makes debugging impossible on some machines。

简单来说就是通过不保存FP来优化程序性能。

arm-linux-gnueabi-gcc -fomit-frame-pointer -o testf test.c

与不开优化选项的程序相比，可以看到这段代码已不再保存FP。

事实上gcc的所有级别的优化(-O1, -O2, -O3等)都会打开-fomit-frame-pointer，该选项的功能是函数调用时不保存frame指针，在ARM上就是fp，故我们无法按照APCS中的约定来回溯调用栈。但是GDB中仍然可以使用bt命令看到调用栈，为什么？得知GDB v6之后都是支持DWARF2的，也就意味着它可以不依赖fp来回溯调用栈(详见http://gcc.gnu.org/ml/gcc/2003-10/msg00322.html)。

7.  加编译选项 -mapcs

arm-linux-gnueabi-gcc -mapcs -o testm test.c

这个选项使程序严格遵守ARM Procedure Call Standard(ARM过程调用标准规范)中关于arm寄存器的使用、过程调用时出栈和入栈的约定。

可以看到，此时程序才严格按照图1的规律，每个函数调用都会压栈PC,LR,SP,FP作为寄存器栈帧进行保存。