GCC function multiversioning 的實現方式

在前一篇文章中，我們認識了 GNU 間接函式（GNU indirect function）的運作機制，然而，正如在那篇文章中說過的，使用 GNU 間接函式必須在實作解析器函式時注意許多細節，增加了使用上的難度。不過，如果只是要替特定硬體提供更快速的實作，GCC 提供了一個更方便的方法（目前只支援 x86）——函式多版本化（function multiversioning），也就是這篇文章所要介紹的。

GNU indirect function 的運作機制

有時候為了提高程式的效能，對於同一個函式，根據執行時的環境，我們在實作上可能會有兩種以上的選擇，在傳統的方法中，我們可能會選擇使用函式指標來做這件事，然而，管理這些函式指標通常相當麻煩，尤其是當這個函式還要提供給其他函式庫使用的時候。但在 GNU/Linux 上，我們可以在某些情況，使用另一個更方便的方法——GNU 間接函式（GNU indirect function）。

此外，GNU 間接函式也是 GCC 的函式多版本化（function multiversioning）機制的實作基礎，如果想要了解函式多版本化的運作方式，提前弄清楚 GNU 間接函式也是必要的。

在本文中，會以 x86-64 為例，解釋 GNU 間接函式的運作機制。

什麼是 Linux vDSO 與 vsyscall？——發展過程

在現今的 x86 Linux 上，無論 32 位元還是 64 位元系統，我們都可以找到 vDSO 或 vsyscall 的蹤跡，然而，在網路上卻很難找到仔細討論的文章，有時候，即便找到了一些以前的文章，在對照現今的 Linux 核心原始碼時，總會覺得這樣或那樣的似是而非，因此，我決定追溯歷史，弄清楚這些差異源自哪裡。

[翻譯] 認識 x64 程式碼模型（code model）

• 原文標題：Understanding the x64 code models
• 原文網址：http://eli.thegreenplace.net/2012/01/03/understanding-the-x64-code-models
• 原文作者：Eli Bendersky
• 原文發表時間：2012 年 01 月 03 日
• 譯註：
  
  • 文中的反組譯內容使用的是 AT&T 格式的組合語言語法。
  • 關於「code model」的正體中文翻譯，有程式碼模型、程式碼模式、編碼式樣等，在本文中，一律採取「程式碼模型」。

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在撰寫用於 x64 架構程式碼的時候，一個會出現的有趣議題是要使用哪個程式碼模型（code model），儘管這可能不是一個廣為人知的主題，但如果有人想要理解編譯器所產生的 x64 機器碼，則熟悉程式碼模型就有了教育意義；而對於那些真的很在乎效能，直到每個細小指令的人來說，該主題對最佳化（optimization）也會有影響。

[翻譯] x64 上共享函式庫裡的位址無關程式碼（PIC）

• 原文標題：Position Independent Code (PIC) in shared libraries on x64
• 原文網址：http://eli.thegreenplace.net/2011/11/11/position-independent-code-pic-in-shared-libraries-on-x64
• 原文作者：Eli Bendersky
• 原文發表時間：2011 年 11 月 11 日

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前篇文章解釋了位址無關程式碼（position independent code，PIC）是如何運作的，並以 x86 架構下編譯的程式碼作為範例，我承諾過會在一篇分開的文章中涵蓋 x64〔1〕上的 PIC，所以我們才會在這裡。本文討論的細節會少很多，因為它假定對 PIC 理論上如何運作早已了解，一般來說，用於這兩個平台的構想是很相似的，只不過由於各個架構的獨特特性，所以某些細節會有差異。

[翻譯] 共享函式庫裡的位址無關程式碼（PIC）

• 原文標題：Position Independent Code (PIC) in shared libraries
• 原文網址：http://eli.thegreenplace.net/2011/11/03/position-independent-code-pic-in-shared-libraries
• 原文作者：Eli Bendersky
• 原文發表時間：2011 年 11 月 03 日
• 譯註：
  
  • 在本文的翻譯中，section 翻譯為區段，segment 翻譯為節區，這兩個名詞的翻譯方法時有交換，我只是挑一種我喜歡的。
  • 本文圖片均取自原文網頁。

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於一篇先前的文章中，我已經敘述過當要載入共享函式庫到行程（process）的位址空間時，所需要的特殊處理，大致上，在連結器（linker）生成共享函式庫的時候，它並不能預先得知函式庫會被載入到什麼位置，而這對函式庫內的資料與程式碼參照（reference）造成了問題，它們需要以某種方式指向正確的記憶體位置。

處理 Linux ELF 共享函式庫的這個問題有兩個主要的方式：

1. 載入期重定位（load-time relocatio）
2. 位址無關程式碼（position independent code，PIC）

載入期重定位已經講過了，在這裡，我要解釋第二種方式——PIC。

[翻譯] 共享函式庫的載入期重定位

• 原文標題：Load-time relocation of shared libraries
• 原文網址：http://eli.thegreenplace.net/2011/08/25/load-time-relocation-of-shared-libraries/
• 原文作者：Eli Bendersky
• 原文發表時間：2011 年 08 月 25 日

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本文目標為解釋現代作業系統如何在有載入期重定位（load-time relocation）的情況下使用共享函式庫（shared library），雖然它聚焦於 32 位元 x86 上的 Linux 作業系統，但這些通用原則仍適用於其他作業系統與 CPU。