面向LoongArch边界检查访存指令的GCC优化

来源：计算机研究与发展杂志2025年第5期北京时间：

作者：舒燕君,郑翔宇,徐成华,黄沛,王永琪,周凡,张展,左德承,

摘要：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（GNUcompilercollection）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GCCRTL（registertransferlanguage）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（boundcheckexception，BCE），设计了新的Linux内核异常信号SIGBCE和相应的运行时库glibc（GNUClibrary）的信号处理函数，实现了BCE处理.通过在GCC12.2.0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,