二进制翻译中的库函数处理

关键词 二进制翻译；库函数处理；可包装库函数；-Q,短路库函数
中图法分类号 ,-($A
二进制翻译技术是目前解决软件移植问题的一 个研究热点，能将现有的软件移植到新开发的处理 器上执行，其目的不仅仅是仿真源指令集体系结构 （H2;810<8H/2;9831<=H89<8019，!"X），更高的目标是翻 译产生的代码在目标!"X 上运行的速度等同甚至 超过源!"X 上的原有代码I
译器，结合了解释执行和静态翻译两种翻译模式，能
将运行在（?CD，E,0F:）系统下的应用程序运行在 （$+<3&，E,0F:）下!它主要是用内存模拟 ?CD上的
堆 栈 及 其 参 数 压 栈 和 取 返 回 值 的 行 为，对 大 约
GAHHH个 E,0@A$9"进行包装，一些包装还要对被 调用程序语义进行修改，同时也对 8IJ 组件进行 了包装!
K,0*.&02［@］是应用级动态二进制翻译器! 主要 是对系统调用进行包装!用内存模拟源机器的参数 传递行为，并且还要消除源与目标机器在系统调用
上的语义差 别! 因 为 处 理 系 统 调 用，因 此 相 比 处 理 库函数减少了很多工作量，但是也因此降低了性能!
LB#:［M］和 NO［M］是 ;B8 开发的两个二进制翻 译器，目的是为了使已有的 L$?和 J"9#代码能够 在新的 $+<3&$?9机器上运行!翻译界面定在需要 翻译的主文件和系统库之间，模拟源二进制程序所
TU;K:［D］和 E&+(&-45*［V］分 别 是 U5))02+&01 大学和#50公司开发的可变源和可变目标的动态二 进制翻译器!TU;K: 是对库函数进行包装来处理 系统库函数调用，对一些特殊的库函数要手写修改
包装! E&+(&-45*是对系统调用进行包装处理，这样 避免很多特殊库函数的手写工作!
:.&02,*,W)公司推出的商用化产品 U5,’(:.&02,*， 也是采用可变源和可变目标的二进制翻译技术，这
个公司直到今天仍然致力于二进制翻译技术的研究，
具体的 相 关 信 息 可 以 参 看 公 司 的 主 页 3**<：!!RRRX *.&02,*,W)2X’4N!!
" 背景知识介绍
由于不同"#$ 系统平台的对齐方式存在差异 以及翻译界面的定制问题，将引起很多难以处理的
法67;（%&’()*+,-.&./1,2<42,0=）和 #87;（234.*’5* +,-.&./1,2<42,0=）分别处理，消除不同"#$ 之间库函 数调用的差异性，同时兼顾执行速度和管理维护的
便捷性!
! 相关工作
二进制翻译系统处理库函数调用所采用的方法
与各自系统的特点有关! >?！@A［A］是 ;B8 研发的轮廓制导的二进制翻
# 库函数处理算法设计
首先介绍两个在算法中使用的定义定义$" 可包装库函数-如果某个库函数没有 同名全局变量多副本和结构变量对齐差异这两类问 题，那么可以调用目标机本地的库函数，不会因为翻 译过程 链 接 表（89#:(;49("23<%!()%$"(，=1,）、动 态 链接器、库函数的源二进制代码造成代码膨胀导致 的性能损失定义!"=1, 短 路 库 函 数- 有 些 库 函 数 在 静 态 阶段已经翻译过，动态阶段可以直接跳入静态本地 码中，不需要翻译执行 =1, 和动态链接器，相当于 把动态链接在某种程度上还原回静态链接，也避免 了因为翻译 =1,、动态链接器而造成的性能损失有些库函数虽然在初始的静态阶段没有被翻译，但 可以采用回填的方法在库函数代码被翻译之后填写 目标地址，这种情况也可以认为是 =1, 短路库函 数，在后面的算法设计中有讲解#"$ %&’(&算法概述 目前库函数处理的方法主要有两种：一种是对 本地库函数的包装［6，>，?］，在目标机上模拟源机器的 传递参数万和方返数回据值的行为，通过包装与本地库函数
收稿日期：’%%CD$’D%’；修回日期：’%%BD%(D’)
基金项目：万国方家自数然据科学基金项目（B%A%(%$+）
基于软件的二进制翻译分为动态和静态两种翻 译形式［$］，动态翻译对于间接指令可以知道实际的
跳转目标，而静态翻译可以利用传统静态编译优化
方法I动静结合二进制翻译技术综合了两者的优点， 优 化 以 静 态 为 主，避 免 动 态 优 化 本 身 的 时 间 消 耗I 动态通过翻译执行本地码，把静态不能识别的间接
（!"#$%$&$’()*(+,&$%"-.’/0"(1(-2，*0%"’#’3/45’+2()6/%’"/’#，7’%8%"-$%%%E%）
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计算机研究与发展
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在机器的函数调用约定，对本地库函数进行自动包
装处理，但一些特殊的库函数包装要手写，修改执行 语义来消万除方源数与据目标机器平台的差异!
"$P@ABO)’5*,407&/).［Q］是"0*)+公司开发的动 态二进制翻译器，能够把应用级的,&@A程序翻译到 ,&DM体系结构上，没有跨操作系统，能在 E,014R2 和 7,05O上运行!为了能够在多平台上运行，"$P@A B7主要由两个模块搭建而成，操作系统无关的模块 K:S)0).,’，存放系统调用包装的模块 K:7,-，这两 个模块之间通过约定好的 $9"进行通信!
问题，在论述算法之前将介绍处理过程中遇到的问
题和翻译界面的定制! "#! 处理库函数调用过程中遇到的问题
二进制翻译在处理库函数调用过程中，主要有
两个问题比较难以处理：
G）结构变量对齐问题!由于不同"#$ 系统平台 对于某些数据类型的对齐方式可能不同，因此一个
结构变量的某些域变量相对于结构变量起始存储位
杨 浩等：二进制翻译中的库函数处理
AGVQ
入口点传给静态帮助其扩大翻译优化的范围!经过 动静多遍迭代，最后几乎所有的本地代码都由静态
翻译产生! 二进制翻译中一类较重要的问题就是处理源二
进制代码中出现的库函数调用!不同"#$ 系统平台 上传递参数和返回值的方式有较大的差异，为了消
除这种差异必然会带来执行效率的下降!由于编程 上的模块化和代码重用思想，二进制代码中会较为
二进制翻译中的库函数处理
杨 浩 唐 锋 谢海斌 武成岗 冯晓兵
（中国科学院计算技术研究所 北京 $%%%E%） （F32G=3/$$%’#H<8I3<I<2）
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