Perfetto项目中RISC-V64架构下的堆栈展开问题分析

背景介绍

Perfetto是一款强大的系统性能分析工具，它能够收集和分析各种系统跟踪数据。在内存分析方面，Perfetto提供了内存分配跟踪功能，这需要准确地进行堆栈展开(stack unwinding)来记录内存分配时的调用链。

问题发现

在RISC-V64架构环境下，开发者发现Perfetto的内存分析功能无法正确展开堆栈。经过深入分析，发现这是由于RISC-V64架构与其他架构(如ARM32和AARCH64)在调用约定(calling convention)上的差异导致的。

技术分析

堆栈展开机制

Perfetto在记录内存分配时，会通过__builtin_frame_address()内置函数获取当前函数的栈帧地址。这个机制在ARM32和AARCH64架构下工作正常，但在RISC-V64架构下却出现了问题。

架构差异

通过对比RISC-V64和AARCH64的汇编代码，可以清楚地看到差异：

RISC-V64汇编代码片段：

add    sp,sp,-544
sd     ra,536(sp)
sd     s0,528(sp)
add    s0,sp,544

AARCH64汇编代码片段：

sub    sp, sp, #0x210
stp    x29, x30, [sp]
mov    x29, sp

关键区别在于：

1. 在RISC-V64中，s0寄存器(用作帧指针)保存的是调用者的栈指针值
2. 在AARCH64中，x29寄存器(用作帧指针)保存的是调整后的栈指针值

问题根源

这种差异导致在RISC-V64架构下，当Perfetto尝试获取第一个返回地址(存储在sp+8位置)时，堆栈展开会失败。因为RISC-V64的帧指针保存的是调用者的栈指针值，而不是当前函数的栈帧基址。

解决方案

针对这个问题，开发者提出了改进方案：使用栈指针寄存器的值而不是帧指针。因为在RecordMalloc函数的执行过程中，系统已经读取了寄存器值，可以轻松获取栈指针值。理想情况下，如果编译器提供__builtin_stack_address()内置函数，可以直接使用它来获取准确的栈指针值。

总结

这个案例展示了在不同处理器架构下进行系统级开发时可能遇到的兼容性问题。特别是在进行低层操作如堆栈展开时，必须考虑不同架构的调用约定差异。Perfetto项目通过社区贡献解决了RISC-V64架构下的堆栈展开问题，增强了工具在不同平台上的兼容性。

对于开发者来说，这个案例也提醒我们，在进行跨平台开发时，需要对目标平台的ABI和调用约定有深入理解，特别是在处理与栈和寄存器相关的底层操作时。