2024 on Uniguri's Blog

About_builtin_exptect

Mon, 09 Dec 2024 14:51:14 +0000

Background

컴퓨터 구조를 배우면서, MIPS 아키텍쳐에 대해 공부하고 있다. MIPS의 경우, pipeline을 도입하고 branch prediction을 위해 여러 방법을 사용한다고 한다. 그 방법 중 static prediction의 방법으로 해당 branch가 거짓일 경우(즉, jump를 수행하지 않는 분기)로 예상하는 방법이 존재한다고 한다.

이 방법을 보고나서 gcc의 __builtin_expect나 C++20의 likely 및 unlikely attribute가 이러한 분기 예측을 기반으로 구성되어 있는 것이 아닌가하는 생각이 들었다. 따라서 이를 간단하게 분석해보고자 하였다.

__builtin_expect

GCC에서는 컴파일러에게 도움을 줄 수 있는 여러 builtin macro를 제공한다. 앞서 언급했듯, 그 중에는 __builtin_expect와 __builtin_expect_with_probability가 존재한다.

Example code & Opcodes

간단한 테스트를 위해 다음과 같은 코드를 -O3 옵션으로 컴파일했다.

c __builtin_expect(-,1).c


#include <stdio.h>

int main() {
  int c;
  scanf("%d", &c);
  if(__builtin_expect(c != 0, 1)) {
    puts("c != 0");
  } else {
    puts("c == 0");
  }
  return 0;
}

컴파일했을 때의 결과는 다음과 같다.

assembly When __builtin_expect(~, 1).asm


.text:00000000000010A0 ; int __fastcall main(int argc, const char **argv, const char **envp)
.text:00000000000010A0                 public main
.text:00000000000010A0 main            proc near               ; DATA XREF: _start+18↓o
.text:00000000000010A0
.text:00000000000010A0 var_14          = dword ptr -14h
.text:00000000000010A0 var_10          = qword ptr -10h
.text:00000000000010A0
.text:00000000000010A0 ; __unwind {
.text:00000000000010A0                 endbr64
.text:00000000000010A4                 sub     rsp, 18h
.text:00000000000010A8                 lea     rdi, unk_2004
.text:00000000000010AF                 mov     rax, fs:28h
.text:00000000000010B8                 mov     [rsp+18h+var_10], rax
.text:00000000000010BD                 xor     eax, eax
.text:00000000000010BF                 lea     rsi, [rsp+18h+var_14]
.text:00000000000010C4                 call    ___isoc99_scanf
.text:00000000000010C9                 mov     eax, [rsp+18h+var_14]
.text:00000000000010CD                 test    eax, eax
.text:00000000000010CF                 jz      short loc_10F4
.text:00000000000010D1                 lea     rdi, s          ; "c != 0"
.text:00000000000010D8                 call    _puts
.text:00000000000010DD
.text:00000000000010DD loc_10DD:                               ; CODE XREF: main+60↓j
.text:00000000000010DD                 mov     rax, [rsp+18h+var_10]
.text:00000000000010E2                 sub     rax, fs:28h
.text:00000000000010EB                 jnz     short loc_1102
.text:00000000000010ED                 xor     eax, eax
.text:00000000000010EF                 add     rsp, 18h
.text:00000000000010F3                 retn
.text:00000000000010F4 ; ---------------------------------------------------------------------------
.text:00000000000010F4
.text:00000000000010F4 loc_10F4:                               ; CODE XREF: main+2F↑j
.text:00000000000010F4                 lea     rdi, aC0_0      ; "c == 0"
.text:00000000000010FB                 call    _puts
.text:0000000000001100                 jmp     short loc_10DD
.text:0000000000001102 ; ---------------------------------------------------------------------------
.text:0000000000001102
.text:0000000000001102 loc_1102:                               ; CODE XREF: main+4B↑j
.text:0000000000001102                 call    ___stack_chk_fail
.text:0000000000001102 ; } // starts at 10A0
.text:0000000000001102 main            endp

그러면 다음 코드를 컴파일하면 어떻게 될까?

c __builtin_expect(-,0).c


#include <stdio.h>

int main() {
  int c;
  scanf("%d", &c);
  if(__builtin_expect(c != 0, 0)) {
    puts("c != 0");
  } else {
    puts("c == 0");
  }
  return 0;
}

다음과 같은 결과가 나온다.

assembly __builtin_expect(-,0).asm


.text:00000000000010A0 ; int __fastcall main(int argc, const char **argv, const char **envp)
.text:00000000000010A0                 public main
.text:00000000000010A0 main            proc near               ; DATA XREF: _start+18↓o
.text:00000000000010A0
.text:00000000000010A0 var_14          = dword ptr -14h
.text:00000000000010A0 var_10          = qword ptr -10h
.text:00000000000010A0
.text:00000000000010A0 ; __unwind {
.text:00000000000010A0                 endbr64
.text:00000000000010A4                 sub     rsp, 18h
.text:00000000000010A8                 lea     rdi, unk_2004
.text:00000000000010AF                 mov     rax, fs:28h
.text:00000000000010B8                 mov     [rsp+18h+var_10], rax
.text:00000000000010BD                 xor     eax, eax
.text:00000000000010BF                 lea     rsi, [rsp+18h+var_14]
.text:00000000000010C4                 call    ___isoc99_scanf
.text:00000000000010C9                 mov     eax, [rsp+18h+var_14]
.text:00000000000010CD                 test    eax, eax
.text:00000000000010CF                 jnz     short loc_10F4
.text:00000000000010D1                 lea     rdi, s          ; "c == 0"
.text:00000000000010D8                 call    _puts
.text:00000000000010DD
.text:00000000000010DD loc_10DD:                               ; CODE XREF: main+60↓j
.text:00000000000010DD                 mov     rax, [rsp+18h+var_10]
.text:00000000000010E2                 sub     rax, fs:28h
.text:00000000000010EB                 jnz     short loc_1102
.text:00000000000010ED                 xor     eax, eax
.text:00000000000010EF                 add     rsp, 18h
.text:00000000000010F3                 retn
.text:00000000000010F4 ; ---------------------------------------------------------------------------
.text:00000000000010F4
.text:00000000000010F4 loc_10F4:                               ; CODE XREF: main+2F↑j
.text:00000000000010F4                 lea     rdi, aC0_0      ; "c != 0"
.text:00000000000010FB                 call    _puts
.text:0000000000001100                 jmp     short loc_10DD
.text:0000000000001102 ; ---------------------------------------------------------------------------
.text:0000000000001102
.text:0000000000001102 loc_1102:                               ; CODE XREF: main+4B↑j
.text:0000000000001102                 call    ___stack_chk_fail
.text:0000000000001102 ; } // starts at 10A0
.text:0000000000001102 main            endp

Analysis the result

결과를 보면, __builtin_expect(c != 0, 1)를 사용했을 때는 jz로 분기를 하지 않으면 c != 0을 출력한다. 반면에 __builtin_expect(c != 0, 0)를 사용했을 때는 jz로 분기하지 않으면 c == 0이 출력된다.

즉, __builtin_expect를 통해 컴파일러에게 분기에 대한 예측을 제공하면 내가 예상한 대로 static branch prediction을 고려해서 실행될 것으로 예측될 블록은 점프를 하지 않고 실행할 수 있게 만든다.

Conclusion

예측이 옳았다. __builtin_expect는 Static Branch Prediction을 고려해서, 예상되는 분기의 코드를 실행하기 위해 필요한 branch를 없앤다. 또한 글을 보면, 비단 static prediction에서뿐만 아니라 dynamic prediction(Branch Target Buffer를 사용한다든가 하는 방법)에서도 성능 향상을 이룰 수 있다고 한다[1].

갤럭시 북 2 프로에 Arch linux 깔기

Thu, 21 Nov 2024 00:00:00 +0000

개요

BoB 에서 받은 노트북 갤럭시 북 2 프로 (NT951XED) 에 리눅스, 그 중에서도 Arch Linux 를 깔아서 쓰는 법을 정리한 글이다. 이 글에서 다루는 내용은 다음과 같다.

archinstall 을 사용한 Arch Linux 설치 방법
1. Hyprdots 설치 및 HiDPI 설정 방법
삼성 노트북에서 Arch Linux 및 Windows 를 Secure Boot 로 부팅하는 법
화면 밝기 조절하는 법

또한 Arch Linux 를 설치하는 환경은 다음과 같다.

갤럭시 북 2 프로
2 개의 NVME SSD
- 하나의 SSD 는 윈도우 설치
- 다른 SSD 는 리눅스 설치

Arch Linux 설치

설치 USB 만들기

다음 주소에서 아치 리눅스 부팅 ISO 파일을 다운로드한다.

https://archlinux.org/download/#checksums

(선택 사항) gpg 키를 통해 다운로드 받은 ISO 를 검증할 수 있다.

rufus 를 통해 dd 모드로 부팅 USB 를 만든다.

설치

BIOS 설정 및 USB 로 부팅

노트북을 켜면서 F2 를 누르면 삼성 BIOS 로 진입할 수 있다. 여기서 다음과 같은 것들을 설정한다.

Security → Secure Boot Configuration
1. Secure Boot Mode 를 Custom 으로 설정한다.
2. Factory Default Key Provisioning 을 Disabled 로 설정한다.
3. Delete All Secure Boot Variables 를 한다.
Boot → Secure Boot Certificate keyset 을 Secure Boot Supported OS 로 설정한다.
Boot → Secure Boot Control 를 끈다.

노트북에 USB 를 꽂고 Save 를 누르면 부팅을 시작한다. 이때 F10 을 누르면 어떤 것을 부팅할지 선택하는 창이 나온다. 여기서 아까 설정한 USB 를 선택한다.

Wi-fi 연결

iwctl 명령어를 입력하고, station wlan0 scan 과 station wlan0 get-networks 를 입력한다. 적절한 wi-fi 를 station wlan0 connect <SSID> 를 통해 wi-fi 에 연결하고 exit 을 통해 iwctl 을 종료한다.

Archinstall 설정

인터넷이 연결된 상태에서 archinstall 을 입력하면 archinstall 화면이 뜬다. 주의할 설정은 다음과 같다.

bootloader 는 GRUB 으로 설정한다.
Root Password 를 설정하거나 User account 에서 user 를 만든 후 superuser 로 설정한다.
Profile 은 minimal 로 설정한다.
편의를 위해 Additional packages 에 git 과 sbctl 을 추가한다.

나머지는 원하는 대로 설정을 한 뒤 Install 을 눌러 설치한다.

(주의) 만약 Network Configureation 을 하지 않았다면 Arch Linux 로 부팅할 경우 인터넷을 사용할 수 없다. 바로 Hyprdots 를 설치할 경우 상관없으나 그렇지 않다면 나중에 부팅할 때, USB 로 부팅을 하여 chroot 를 해야한다.

Hyprdots 설치

설치가 완료되면 chroot 로 설정을 할 것이냐고 물어보는데 Y 를 누른다. 그리고 su <설정한 유저> 를 입력하고 git clone --depth 1 <https://github.com/prasanthrangan/hyprdots> ~/Hyprdots & cd ~/Hyprdots/Scripts 및 ./install.sh 를 입력한다.

설치 중간 중간에 각종 설정을 물어보는데 원하는 것을 설치한다.

HiDPI 설정

Hyprdots 의 설치가 완료되면 ~/.config/hyprland/hyprland.conf 에 다음 글을 추가한다.

# Source: <https://wiki.hyprland.org/Configuring/XWayland/>
xwayland {
  force_zero_scaling = true
}

Secure Boot 설정

Arch Linux 를 우선 wi-fi 를 설정하고, Window Key + T 를 눌러 터미널을 열고 다음 과정을 따른다.

(주의) 앞으로 모든 명령은 sudo 없이 작성되어 있음.

fdisk -l 로 Arch Linux 를 깐 드라이브의 EFI 파티션을 확인한다.
mount /dev/nvme?n?p? /mnt/efi 를 입력한다.
grub-install --target=x86_64-efi --bootloader-id=GRUB --modules="tpm" --disable-shim-lock 및 grub-mkconfig -o /boot/grub/grub.cfg 를 입력한다.
reboot 후 sbctl status 로 Secure Boot 상태를 확인한다.
1. Secure Boot 가 Disabled 인지 확인한다.
2. Setup Mode 가 Enabled 인지 확인한다. 만약 아니라면, BIOS 설정 및 USB 로 부팅 항목의 Delete All Secure Boot Variables 를 수행한다.
sbctl create-keys 및 sbctl enroll-keys -m 명령을 입력한다.
sbctl verify 명령을 입력하고 나오는 unsigned files 에 다음 명령을 수행한다. sbctl sign -s <파일 주소>
1. 만약 파일이 immutable 하다는 에러가 발생하면 chattr -i /sys/firmware/efi/efivars/<파일명> 명령을 입력한다.
다시 sbctl verify 명령을 입력한다.

다시 BIOS 설정에 들어가서 Secure Boot Control 을 키면 된다.

밝기 조절

밝기를 조절하기 위해서는 samsung-galaxybook-extras 를 이용해야 한다. git clone <https://github.com/joshuagrisham/samsung-galaxybook-extras.git> & cd samsung-galaxybook-extras/driver 를 입력한다. 그리고 sudo pacman -S linux-headers 를 입력하고 make -C /lib/modules/\uname -r`/build M=$PWD및sudo make -C /lib/modules/`uname -r`/build M=$PWD modules_install & sudo depmod를 입력하고sudo modprobe samsung-galaxybook` 를 입력한다.

그리고 /etc/default/grub 에 있는 GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT="~" 을 GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT="~ i915.enable_dpcd_backlight=3" 로 바꾼다. 그리고 grub-mkconfig -o /boot/grub/grub.cfg 를 입력하고 재부팅한다.

가능한 기능

삼성 갤럭시 북 2 프로에서 Arch Linux 로 사용 가능한 것들은 다음과 같다.

화 면: 가능
소 리: 일부 가능 (블루투스와 헤드폰만 가능하며 내장 스피커는 사용 불가)
와이파이: 가능
블루투스: 가능
전원 관리: 가능

참고 자료

Pwnable Ranking

Thu, 27 Jun 2024 20:03:45 +0000

아싸 !

이제 그만 해야징..

Dreamhack pwnable ranking (2024.06.27)