将Linux内核模块编译为LLVM .bc位码

Question

背景

我正在尝试编译 Linux 内核中的特定驱动程序：drm (drivers/gpu/drm/drm_drv.o) 和 radeon (drivers/gpu/drm/radeon/) gpu 驱动程序。我使用 LLVM 进行静态分析（跟踪 copy_to/from_user() 调用中使用的参数）。

到目前为止，我能够使用下面显示的 Makefile 编译实际模块：

make CC=clang CFLAGS=-emit-llvm drivers/gpu/drm/radeon/

但是这并没有真正生成任何 llvm 位码 - 我需要 .bc 文件才能使用 opt 运行我的过程。

我只知道在直接使用 clang 时（如下所示），如何生成 .bc 文件，但不知道如何在 Makefile 中生成...

clang -emit-llvm hello.c -c -o hello.bc

既然可以工作，我获取了 GNU make 操作的详细输出，将 gcc 更改为 clang 并运行它来创建 .bc 文件，这也起作用：

clang -emit-llvm [[大量 CFLAGS]] -c -o drm_drv.bc drivers/gpu/drm/drm_drv.c

唯一的问题是我只能一次处理内核模块中的一个 C 文件。而且这种方法非常繁琐...

主要问题

这就带我来到我的主要问题：如何使用内核的 Makefile 发出 llvm .bc 位码文件？

或者，如果必须对每个文件单独进行 .bc 位码创建，则如何在最后将它们全部链接在一起，以便我可以运行 LLVM opt 过程，对内核模块中所有 .bc 文件的聚合进行处理？

- Kevin Boos

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请问您能否将使用clang和-emit-llvm编译的输出粘贴一下？您是否尝试查看.o文件并检查它们是否实际上是llvm位代码？ - Christophe Augier

如果你最终需要遵循多个 .bc 文件的方法，那么你可能想要查看 http://llvm.org/docs/CommandGuide/llvm-link.html - user335938

Answer 1

从Clang中以位码形式获取LLVM IR的最佳方法是使用-flto命令行标志进行LTO。

如果您有多个翻译单元，可以使用llvm-lto工具将它们组合在一起，"链接"位码文件。通常它会生成代码，但您可以使用-save-merged-module标志获得合并的LLVM IR模块。

但是这些都不是真正支持的接口。如果这是一个非常有用的工作流程，您应该与LLVM开发人员讨论支持类似于ld的-r的东西。

- Chandler Carruth

Answer 2

我使用clang来对ext2模块进行插桩。有三件事情需要做： 1）将.c文件转换为.bc文件 2）在.bc文件上运行优化器，并创建ext2-opt.o文件 3）从ext2-opt.o文件创建ext2-instrumented.ko文件。

除此之外，您还需要使用clang编译的Linux版本。我可以在禁用了一些模块后，使用clang版本3.8.1编译Linux 4.17。您可以在这里获取它。

现在，让我们进入第一步-如您所说，以详细模式运行Make。

make V=1 M=fs/ext2

获取Makefile生成的所有选项。默认编译器将是gcc。将gcc替换为clang，添加--emit-llvm命令，并将.o替换为.bc。在我的机器上，生成的编译命令如下：

cd ../../ && clang -emit-llvm -Wp,-MD,fs/ext2/.all.o.d  -nostdinc -isystem /usr/local/bin/../lib/clang/3.8.1/include -I./arch/x86/include -Iarch/x86/include/generated/uapi -Iarch/x86/include/generated  -Iinclude -I./arch/x86/include/uapi -Iarch/x86/include/generated/uapi -I./include/uapi -Iinclude/generated/uapi -include ./include/linux/kconfig.h -D__KERNEL__ -Qunused-arguments -Wno-unknown-warning-option -Wall -Wundef -Wstrict-prototypes -Wno-trigraphs -fno-strict-aliasing -fno-common -Werror-implicit-function-declaration -Wno-format-security -std=gnu89 -no-integrated-as -mno-sse -mno-mmx -mno-sse2 -mno-3dnow -mno-avx -m64 -mtune=generic -mno-red-zone -mcmodel=kernel -funit-at-a-time -DCONFIG_X86_X32_ABI -DCONFIG_AS_CFI=1 -DCONFIG_AS_CFI_SIGNAL_FRAME=1 -DCONFIG_AS_CFI_SECTIONS=1 -DCONFIG_AS_FXSAVEQ=1 -DCONFIG_AS_SSSE3=1 -DCONFIG_AS_CRC32=1 -DCONFIG_AS_AVX=1 -DCONFIG_AS_AVX2=1 -DCONFIG_AS_SHA1_NI=1 -DCONFIG_AS_SHA256_NI=1 -pipe -Wno-sign-compare -fno-asynchronous-unwind-tables -O2 -Wframe-larger-than=1024 -fno-stack-protector -Wno-unused-variable -Wno-format-invalid-specifier -Wno-gnu -Wno-asm-operand-widths -Wno-initializer-overrides -fno-builtin -Wno-tautological-compare -mno-global-merge -fno-omit-frame-pointer -fno-optimize-sibling-calls -g -Wdeclaration-after-statement -Wno-pointer-sign -fno-strict-overflow -Werror=implicit-int -Werror=strict-prototypes -Werror=date-time -Wno-initializer-overrides -Wno-unused-value -Wno-format -Wno-unknown-warning-option -Wno-sign-compare -Wno-format-zero-length -Wno-uninitialized  -DMODULE  -D"KBUILD_STR(s)=#s" -D"KBUILD_BASENAME=KBUILD_STR(all)"  -D"KBUILD_MODNAME=KBUILD_STR(ext2)" -mcmodel=kernel -c -o fs/ext2_instrumented/all.bc fs/ext2/all.c && cd -

这将为您创建一个.bc文件。请注意，我已将结果的.bc代码目录更改为ext2_instrumented，即我的bc文件不是在fs / ext2中创建，而是在另一个名为fs / ext2_instrumented的文件夹中创建。这是我的工作文件夹。我希望此文件夹没有任何.c文件，只有.bc文件。我需要这样做是因为默认的KBuild系统会在文件夹中查找.c文件。稍后会有更多相关内容。

步骤2：使用opt命令在您的结果ext2-instrumented.bc文件上运行所有优化操作，如下所示：

opt -load $(DIR)/build/FSlice.so -constprop -sccp -mergereturn -sink -licm -reg2mem all.bc -o all.inst.bc llvm-link -o all.inst2.bc $(DIR)/build/libFSlice.bc all.inst.bc clang -mcmodel=kernel -c all.inst2.bc -o all.o

这将导致一个.o文件，我们现在将在下一步将其编译成.ko文件：

步骤3：

make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) ext2instrumented.ko

Kbuild系统很难理解，甚至更难进行修改。我建议使用这个两个文件夹的技巧（第一个文件夹用于创建.bc文件，第二个文件夹用于创建.o和.ko文件）。总之，以下是我在ext2_instrumented文件夹中得到的makefile：

DIR=/home/fslice/fslice

obj-m += ext2instrumented.o

ext2instrumented-objs := all.o

all:
        cd ../../ && clang -emit-llvm -Wp,-MD,fs/ext2/.all.o.d  -nostdinc -isystem /usr/local/bin/../lib/clang/3.8.1/include -I./arch/x86/include -Iarch/x86/include/generated/uapi -Iarch/x86/include/generated  -Iinclude -I./arch/x86/include/uapi -Iarch/x86/include/generated/uapi -I./include/uapi -Iinclude/generated/uapi -include ./include/linux/kconfig.h -D__KERNEL__ -Qunused-arguments -Wno-unknown-warning-option -Wall -Wundef -Wstrict-prototypes -Wno-trigraphs -fno-strict-aliasing -fno-common -Werror-implicit-function-declaration -Wno-format-security -std=gnu89 -no-integrated-as -mno-sse -mno-mmx -mno-sse2 -mno-3dnow -mno-avx -m64 -mtune=generic -mno-red-zone -mcmodel=kernel -funit-at-a-time -DCONFIG_X86_X32_ABI -DCONFIG_AS_CFI=1 -DCONFIG_AS_CFI_SIGNAL_FRAME=1 -DCONFIG_AS_CFI_SECTIONS=1 -DCONFIG_AS_FXSAVEQ=1 -DCONFIG_AS_SSSE3=1 -DCONFIG_AS_CRC32=1 -DCONFIG_AS_AVX=1 -DCONFIG_AS_AVX2=1 -DCONFIG_AS_SHA1_NI=1 -DCONFIG_AS_SHA256_NI=1 -pipe -Wno-sign-compare -fno-asynchronous-unwind-tables -O2 -Wframe-larger-than=1024 -fno-stack-protector -Wno-unused-variable -Wno-format-invalid-specifier -Wno-gnu -Wno-asm-operand-widths -Wno-initializer-overrides -fno-builtin -Wno-tautological-compare -mno-global-merge -fno-omit-frame-pointer -fno-optimize-sibling-calls -g -Wdeclaration-after-statement -Wno-pointer-sign -fno-strict-overflow -Werror=implicit-int -Werror=strict-prototypes -Werror=date-time -Wno-initializer-overrides -Wno-unused-value -Wno-format -Wno-unknown-warning-option -Wno-sign-compare -Wno-format-zero-length -Wno-uninitialized  -DMODULE  -D"KBUILD_STR(s)=#s" -D"KBUILD_BASENAME=KBUILD_STR(all)"  -D"KBUILD_MODNAME=KBUILD_STR(ext2)" -mcmodel=kernel -c -o fs/ext2_instrumented/all.bc fs/ext2/all.c && cd -
        opt -load $(DIR)/build/FSlice.so -constprop -sccp -mergereturn -sink -licm -reg2mem all.bc -o all.inst.bc
        llvm-link -o all.inst2.bc $(DIR)/build/libFSlice.bc all.inst.bc
        clang -mcmodel=kernel -c all.inst2.bc -o all.o
        make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) ext2instrumented.ko

clean:
        make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) clean
        rm -rf *.bc

- Shehbaz Jaffer