BOLT for AArch64：默认关闭的优化标志全解及其在源码中的实现依据

本文以 BOLT 官方文档 BOLTAArch64OptimizationStatus.md 为主体，系统梳理在 AArch64 架构上可用、受限与不可用的 BOLT 默认关闭（default-off）优化标志，并结合 AArch64MCPlusBuilder.cpp、BinaryPasses.cpp 的源码实现与 unsupported-passes.test 等测试用例，为每个结论提供可验证的仓库证据。读完后你可以：明确知道哪些 BOLT 优化可直接用于 AArch64 二进制、哪些必须先满足特定条件、哪些会在 AArch64 上直接报错，以及如何在仓库中找到对应的实现与回归测试。

适用前提：带重定位的二进制 + 代表性 Profile

按照 BOLT 概览文档 的通用要求，该状态文档在开头即明确了 BOLT 优化 AArch64 二进制的前提：

• 二进制在链接时必须保留重定位信息，即编译链接时加上 --emit-relocs（Clang）或 -Wl,-q（链接器选项）；
• 必须提供有代表性的 profile 数据（由 BOLT 插桩运行时或 perf 采集生成）。

缺少重定位会导致 BOLT 无法准确解析函数与基本块；缺少有代表性的 profile，则基于执行计数的重排、冷热分离等优化失去依据。仓库中的测试用例 unsupported-passes.test 就演示了标准编译方式：

# 该测试用 clang 编译 hello.c 时显式保留了重定位
%clang %cflags hello.c -o hello -Wl,-q,-z,undefs

主要代码布局优化（收益最大，优先开启）

文档将以下三项列为“通常最先考虑的选项”，因为它们是 BOLT 优化中通常带来最大性能收益的代码布局类优化：

标志	优化内容
--reorder-functions=exec-count|hfsort|cdsort|pettis-hansen|random|user、--function-order=<file>	重排函数
--reorder-blocks=normal|ext-tsp|cache|branch-predictor|reverse|cluster-shuffle	重排基本块
--split-functions、--split-strategy=profile2|random2|randomN|all、--split-all-cold、--split-eh	分离热点与冷点代码

这三类优化直接改变指令的内存布局，目标是提高指令缓存命中率与分支预测成功率。在 SplitFunctions.cpp 中可以看到各拆分策略的实现入口：SplitStrategy 枚举驱动不同拆分算法，其中 CDSplit 策略会连续执行两轮拆分（先冷热分离的 SplitProfile2，再做 cache-directed 拆分），相关调参选项（如 call-score-scale、call-score-power、jump-score-power）都标注了“仅当 --split-strategy=cdsplit 时生效”。AArch64 上对应功能有 split-funcs-lite.s 等测试覆盖。

其他已支持的 AArch64 优化

文档同时列出以下在 AArch64 上受支持的优化：

标志	优化内容
--align-blocks、--block-alignment=<uint>	对齐基本块（减少跨缓存行/取指边界的分支）
--tail-duplication=aggressive|moderate|cache	复制分支尾部（tail duplication）
--peepholes=double-jumps|tailcall-traps|useless-branches|all	运行窥孔优化
--inline-all、--inline-small-functions；相关选项：--inline-ap、--inline-limit=<uint>、--inline-small-functions-bytes=<uint>	函数内联
--icf=safe|all	合并（折叠）相同函数

AArch64 上有对应的测试文件可以印证这些路径的实际行为，例如 tail-duplication-pass.s 与 tail-duplication-cache.s（尾部复制）、double_jump.cpp 与 ext-double-jump.s（双跳转窥孔）、inline-small-function-1.s、inline-small-function-2.s（小函数内联）、safe-icf.s（安全 ICF）。小函数内联的字节数上限由 --inline-small-functions-bytes 控制，测试用例覆盖了该阈值附近的边界行为。

受限制支持的标志：必须先满足条件

这部分是本文的重点。文档明确列出 5 个“已实现但需要特定运行时或选项条件”的标志；在未满足条件时启用，BOLT 可能报错或静默不做任何变换。逐条拆解如下：

--inline-memcpy：仅内联已知常量大小的 memcpy，且超过 64 字节会被跳过

文档说明：“仅当拷贝大小是已知常量时才适用；AArch64 会跳过超过 64 字节的大小。”这一限制可以直接在源码中得到证实。在 BinaryPasses.cpp 的 InlineMemcpy::runOnFunctions 中：

// 从调用点前序指令中提取大小（仅 AArch64）。
// 模式：MOV X2, #nb-bytes; BL memcpy src, dest, X2.
std::optional<uint64_t> KnownSize =
    BC.MIB->findMemcpySizeInBytes(BB, II);

if (BC.isAArch64() && (!KnownSize.has_value() || *KnownSize > 64))
  continue;   // 大小未知或 > 64 字节：跳过

两个条件都体现为“跳过”而非报错：KnownSize 必须存在（即调用点前能匹配到 MOV X2, #size; BL memcpy 这种常量大小模式），且 *KnownSize <= 64。AArch64 上生成内联拷贝序列的指令构建逻辑位于 AArch64MCPlusBuilder.cpp（createInlineMemcpy 等目标专用接口），该文件整体职责就是为 BOLT 提供 AArch64 的机器指令构造能力（构建跳转桩、内联序列、返回指令等），这也是 BOLT 能以目标架构插件方式扩展新后端的基础。

--plt=hot|all：需要即时符号绑定

--plt 用于优化经由 PLT 的调用。文档指出它要求即时绑定（immediate binding）；如果 BOLT 运行时无法更新二进制的绑定属性，则需要重新链接并加 -znow。AArch64 的 PLT 优化有一组专门的测试：plt-gnu-ld.test、plt-got.test、plt-call.test、plt-mold-func-symbols.s，分别覆盖了 GNU ld、GOT 变体、mold 等不同链接器场景下的行为差异——不同链接器生成的 PLT 结构不同，是“需要特定条件”的具体来源之一。

--hugify：热代码放到大页（Huge Pages）

该标志将热代码放置在 2MB 大页以减少 TLB miss。文档给出的限制是：仅对具有可识别入口点（entry point）的二进制生效，且与 --instrument 互斥（插桩模式下跳过）。BOLT 的大页支持由 hugify 运行时组件 与驱动端逻辑共同实现，入口点识别依赖二进制的标准 ELF 入口符号，位置服务或无标准入口的可执行体可能无法享受该优化。

--reorder-data / --reorder-data-algo=count|funcs：数据段重排

按执行计数（count）或所属函数热度（funcs）重排数据段。文档提示：move、split、aggressive 这几个（函数/基本块移动类）选项会关闭数据重排——即两者互斥，启用前需检查命令行中是否同时出现这些选项。

--split-strategy=cdsplit：cache-directed 拆分在 AArch64 上要求 --compact-code-model

文档说明 CDSplit 在 AArch64 上需要同时启用 --compact-code-model。这一点在 unsupported-passes.test 中有直接的回归验证：

not llvm-bolt %t -o %t.bolt split-functions --split-strategy=cdsplit ...
CHECK-CDSPLIT: BOLT-ERROR: CDSplit is not supported with LongJmp. Try with '--compact-code-model'

从源码结构看，其背景是：AArch64 默认使用“长跳转（LongJmp）”跳转表机制，CDSplit 的紧凑布局与该机制不兼容，而 --compact-code-model 会切换为紧凑代码模型（对应测试 compact-code-model.s）。--split-strategy 的 CDSplit 分支实现在 SplitFunctions.cpp，其中 CDSplit 会先后执行 SplitPrfoile2（冷热分离）与 cache-directed 拆分两轮。

AArch64 上不可用的标志及确切报错信息

文档将“不可用标志”细分为两类语义：

• Not applicable to AArch64（不适用于 AArch64）：优化针对的架构特性在 AArch64 上不存在；
• Not implemented for AArch64（尚未实现）：优化本身对 AArch64 有意义，但当前版本没有为该目标实现。

完整清单如下（以文档原文为准）：

标志	优化内容	类别（文档原注）
--jt-footprint-reduction	缩减跳转表占用空间	Not implemented for AArch64
--three-way-branch	重排三路分支	Not implemented for AArch64
--simplify-rodata-loads	用常量替换只读数据加载	Not implemented for AArch64
--frame-opt=hot|all	优化栈帧访问	Not implemented for AArch64
--indirect-call-promotion=calls|jump-tables|all	间接调用提升	Not implemented for AArch64
--memcpy1-spec=<func1,func2:cs1:cs2,...>	特化单字节 memcpy 调用	Not implemented for AArch64
--reg-reassign	重新分配寄存器以缩小编码体积	Not applicable to AArch64
--cmov-conversion	分支转条件移动指令	Not applicable to AArch64
--stoke / --stoke-out	输出 STOKE 优化数据	Not applicable to AArch64
--insert-retpolines	插入 retpoline	Not applicable to AArch64

其中 --reg-reassign（寄存器重分配以压缩指令编码）是典型的 X86 特性：X86 通过 REX 前缀编码寄存器选择，改变寄存器编号可能改变指令长度；而 AArch64 定长 4 字节指令不存在这种编码尺寸差异，因此“不适用”而非“未实现”。

这些限制不是文档口头声明，而是由 unsupported-passes.test 用真实报错信息逐一锁定的。该测试在 system-linux + asserts + aarch64 目标下运行，预期每个标志都产生非零退出码与特定错误文本：

CHECK-FRAME-OPT:                BOLT-ERROR: frame-optimizer is supported only on X86
CHECK-THREE-WAY:                BOLT-ERROR: three way branch is supported only on X86
CHECK-JT-FOOTPRINT-REDUCTION:   BOLT-ERROR: jt-footprint-reduction is supported only on X86
CHECK-INDIRECT-CALL-PROMOTION:  BOLT-ERROR: ICP jump table promotion is disabled on AArch64
CHECK-MEMCPY1-SPEC:             BOLT-ERROR: specialize-memcpy is currently supported only on X86
CHECK-CMOV-CONV:                BOLT-ERROR: CMOV conversion is specific to X86
CHECK-REG-REASSIGN:             BOLT-ERROR: reg-reassign is specific to X86
CHECK-RETPOLINE:                BOLT-ERROR: retpoline-insertion is specific to X86
CHECK-STOKE:                    BOLT-ERROR: stoke-get-stat is specific to X86

值得注意的是错误措辞的差异：--frame-opt、--three-way-branch、--jt-footprint-reduction、--memcpy1-spec 报的是 “supported only on X86”（X86 独有能力），而 --indirect-call-promotion 报的是 “disabled on AArch64”（在 AArch64 上被显式禁用，对应 icp.c、icp-inline.c 测试了其余允许路径下的行为）。--simplify-rodata-loads 未在该测试中出现，属于文档声明的未实现项。

面向 AArch64 的实操建议

结合上述状态，可以在 AArch64 二进制上采用如下稳妥路线（均以文档与仓库证据为准）：

1. 编译期：始终保留重定位——clang -O2 -g --emit-relocs（或链接时 -Wl,-q），这是所有 BOLT 布局优化的前提；
2. 第一轮：开启收益最大的三类代码布局优化——--reorder-functions、--reorder-blocks、--split-functions（策略默认 profile2）；
3. 第二轮：叠加 --align-blocks、--peepholes、--inline-small-functions（注意 --inline-small-functions-bytes 上限）与 --icf=safe；
4. 按条件启用：--inline-memcpy（接受 >64 字节拷贝不被处理的现实）、--plt（确认二进制为即时绑定或可加 -znow 重链）、--hugify（确认入口点可识别且不与 --instrument 混用）、--reorder-data（确认未同时启用 move/split/aggressive）、--split-strategy=cdsplit（必须同时加 --compact-code-model）；
5. 避免使用：不可用清单中的标志，它们会在 AArch64 上直接报 BOLT-ERROR，具体报错文本可对照 unsupported-passes.test 确认。

延伸阅读：仓库中可继续深入的路径

• BOLTAArch64OptimizationStatus.md：本文的主体文档，标志状态表的原始出处；
• AArch64MCPlusBuilder.cpp：AArch64 目标专用的指令构建器，内联 memcpy、跳转桩（veneer/long-jmp stub）等序列在此生成；
• BinaryPasses.cpp：InlineMemcpy 与 SpecializeMemcpy1 的实现，含 64 字节上限逻辑；
• SplitFunctions.cpp：--split-strategy 各策略（含 CDSplit）的拆分实现；
• bolt/test/AArch64/：AArch64 目标的功能与回归测试全集，包括 veneer.s、compact-code-model.s、plt-gnu-ld.test 等。