文章总结： 该文档详细介绍了在Windows环境下搭建LLVM-pass开发环境的完整流程，包括安装MSYS2、编译LLVM项目、配置VSCode开发环境以及编写Pass插件的方法。文档提供了Clang编译原理说明、CMake配置参数详解、调试模式设置技巧以及常见问题解决方案，具有较强的实操指导价值。 综合评分： 78 文章分类： 安全开发,编译技术,环境配置
LLVM-pass环境搭建
原创
弥留 弥留
Relay学安全
2026年4月20日 07:28 陕西
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原理简述
Clang的LLVM调用方式
- Clang吧原始c/cpp代码转换成前端ir(ll文件)或者bc （ir人类可看懂语言，bc机器二进制代码， ir和bc可以相互转换）
- 然后由后端的opt.exe开始优化代码
- opt加载pass的dll，根据dll控制ir进行混淆
- 由opt将ll转换成二进制代码win是.obj文件 linux是.o文件
- 由连接器链接obj文件最终生成可执行文件
整个编译过程中，Clang只负责将代码转换成ir中间层文件， 然后由opt操作ir和加载pass。
如何保证你的pass是在opt优化之后加载，已O3优化举例
opt.exe -O3 -flatten --dce input.ll -o output_obfuscated.ll
在只用opt命令的时候确保O3参数 在你的pass之前。
官网教程编写pass插件
https://llvm.org/docs/WritingAnLLVMNewPMPass.html
创建环境
https://llvm.org/docs/CMake.html
编写pass
https://llvm.org/docs/WritingAnLLVMNewPMPass.html
安装
windwos环境
编译环境：win10系统，8核心，16G内存
首先安装mysys2
下载之后配置好然后安装依赖
# 更新 pacmanpacman -Syu --noconfirm
# 下载工具链pacman -S mingw-w64-x86_64-llvm \mingw-w64-x86_64-clang \mingw-w64-x86_64-nasm \mingw-w64-x86_64-cmake \mingw-w64-x86_64-ninja \make \git --noconfirm
这是用来编译llvm的， llvm-link opt 这些 ， 需要切换mysys2的环境变量到系统环境变量。
下载llvm-project
#看下自己rust llvm的版本rustc -V -v# rust版本选1.79 llvm版本大概是 18.1.3左右https://github.com/llvm/llvm-project/tree/llvmorg-18.1.3
如果直接用clang开发，那么就不用关注这个 随便下一个就行。
进入llvm目录进行编译
#创建build 目录mkdir buildcd build
==然后把下面的命令复制到 msys2里面执行就行。
配置cmake
release模式
#编译最新版本可以用这个命令cmake -G Ninja ../llvm \ -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release \ -DLLVM_ENABLE_PROJECTS="clang;lld" \ -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/mingw64/llvm_install2 \ -DLLVM_TARGETS_TO_BUILD="X86"
编译18.1.3版本的用这个命令cmake -G Ninja ../llvm \ -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release \ -DCMAKE_C_COMPILER=clang \ -DCMAKE_CXX_COMPILER=clang++ \ -DCMAKE_CXX_FLAGS="-include cstdint -include cstddef" \ -DLLVM_ENABLE_PROJECTS="clang;lld" \ -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/mingw64/llvm_install2 \ -DLLVM_TARGETS_TO_BUILD="X86" \ -DLLVM_ENABLE_PLUGINS=ON \ -DLLVM_EXPORT_SYMBOLS_FOR_PLUGINS=ON \ -DLLVM_ENABLE_RTTI=OFF \ -DLLVM_ENABLE_EH=OFF \ -DLLVM_ENABLE_ZSTD=OFF
| 参数 | 解释 |
| — | — |
| -G Ninja | 必须，指定使用 Ninja 作为构建系统。 |
| -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release | 建议使用 Release 或 RelWithDebInfo 以获得优化。 |
| -DLLVM_ENABLE_PROJECTS="..." | 指定要构建的组件，通常需要 clang 和 lld。 |
| -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/mingw64/llvm_install | 指定安装路径。 使用 MSYS2 路径 (如 /mingw64/llvm_install) 比 Windows 路径 (如 C:\...) 更可靠。 |
| -DLLVM_ENABLE_ZSTD=OFF | 解决高版本py找不到 zstd压缩库的bug |
| -DCMAKE_CXX_FLAGS=”-include cstdint -include cstddef” | 解决高版本编译器，编译低版本代码，找不到头文件的问题。 |
这里编译完大概是2-3小时左右。
调试模式
#内存会爆掉。编译成功opt大小超过3g windows内核拒绝执行cmake -G Ninja ../llvm \ -DCMAKE_BUILD_TYPE=RelWithDebInfo \ -DLLVM_ENABLE_ASSERTIONS=ON \ -DLLVM_ENABLE_PROJECTS="clang;lld" \ -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/mingw64/llvm_dbg_install \ -DLLVM_TARGETS_TO_BUILD="X86" \ -DLLVM_OPTIMIZED_TABLEGEN=ON
编译18.1.3版本的用这个命令cmake -G Ninja ../llvm \ -DCMAKE_BUILD_TYPE=RelWithDebInfo \ -DCMAKE_C_COMPILER=clang \ -DCMAKE_CXX_COMPILER=clang++ \ -DCMAKE_CXX_FLAGS="-include cstdint -include cstddef" \ -DLLVM_ENABLE_PROJECTS="clang;lld" \ -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/mingw64/llvm_install_dbg \ -DLLVM_TARGETS_TO_BUILD="X86" \ -DLLVM_ENABLE_PLUGINS=ON \ -DLLVM_EXPORT_SYMBOLS_FOR_PLUGINS=ON \ -DLLVM_ENABLE_RTTI=OFF \ -DLLVM_ENABLE_EH=OFF \ -DLLVM_ENABLE_ZSTD=OFF \ -DLLVM_PARALLEL_LINK_JOBS=2
#只编译opt，节省编译时间ninja opt
编译完成后，您会在 build/bin/ 目录下找到 opt.exe。
| 参数 | 解释 | | — | — | | RelWithDebInfo | 生成带有调试符号的优化版本。这是开发者调试 LLVM 的首选方案。 | | DLLVM_ENABLE_ASSERTIONS=ON | 极其重要。开启断点检查，如果你的 Pass 逻辑弄乱了 IR 结构（例如指令类型不匹配），程序会立即在出错位置崩溃并给出提示，而不是无缘无故地 Segmentation Fault。 | | DLLVM_OPTIMIZED_TABLEGEN=ON | 加快编译速度，让 TableGen 工具以 Release 模式编译（它本身不需要调试）。 |
我们调试只需要调试opt加载pass操作ir的过程就行。所以这里只用编译一个调试版本的opt.exe就行。这个时间大概是45分钟左右。
为什么叫调试模式，而不是DEBUG
踩坑：这里编译debug版本的话，给的16G的内存会直接炸掉。即使增加内存编译，动态链接导出函数超过65535个无法链接成可执行文件。静态链接，程序大小会超过3G，windows内核不加载超过大小3G的可执行文件。
用ninja进行编译和安装
在 build 目录中执行编译和安装命令。
# 编译 LLVMninja
# 安装到指定的安装路径ninja install
添加LLVM运行的依赖
由于使用Mingw-w64的环境，编译出来的LLVM无法直接使用，需要去MSYS2的mingw64的bin目录复制下列dll到LLVM的bin目录。
libgcc_s_seh-1.dlllibstdc++-6.dlllibwinpthread-1.dllzlib1.dll
测试一下
export PATH="/c/msys64/mingw64/llvm_install/bin:$PATH"clang --version
这样编译环境就算搭建完成了。
Pass项目搭建
这里推荐使用VSCode进行开发
VSCode配置
1、安装插件
C/C++ #补全语法CMake #cmake编译CodeLLDB #调试代码十六进制编辑器 #查看内存
VSCode 需要把默认的终端改为 MSYS2 MINGW64。具体步骤如下：可参考：
url:https://blog.csdn.net/liang_clg/article/details/121097676
操作步骤：title: "VSCode增加mysys2终端_vscode 设置msys2终端-CSDN博客"description: "文章浏览阅读2k次。使用VSCode时，增加mysys2的mingw64命令终端步骤：打开setting.json【文件】->【首选项目】->【设置】，查找shell windows ，点击在setting.json中编辑编辑setting.json在文件里加入如下内容： \"terminal.integrated.defaultProfile.windows\": \"mysys2-mingw64\", \"terminal.integrated.profiles.windows\": { _vscode 设置msys2终端"host: blog.csdn.net
添加如下内容
// 设置默认的终端配置"terminal.integrated.defaultProfile.windows": "mysys2-mingw64","terminal.integrated.profiles.windows": { "mysys2-mingw64": { "path": "cmd.exe", "args": [ "/c", "C:\\msys64\\msys2_shell.cmd -defterm -mingw64 -no-start -here" ] }},
2、项目格式
3、cpp编译配置文件
直接用C/C++插件生成编辑配置json文件
{ "configurations": [ { "name": "Win32", "includePath": [ "${workspaceFolder}/**", "C:\\msys64\\mingw64\\llvm_install\\include", //llvm头文件 "E:\\project\\llvm-project\\build\\include" //构建llvm的build目录下的头文件 ], "defines": [ "_DEBUG", "UNICODE", "_UNICODE" ], "compilerPath": "C:\\msys64\\mingw64\\llvm_install\\bin\\clang++.exe", //使用的编辑器 "cStandard": "c17", "cppStandard": "c++17", "intelliSenseMode": "clang-x64" } ], "version": 4}
4、pass的项目文件内容
llvm-pass -> CMakeLists.txt
cmake_minimum_required(VERSION 3.20)
#定义项目的名称为 llvm-pass，并声明该项目使用 C 和 C++ (CXX) 语言。这会让 CMake 去寻找对应的编译器（比如你的 g++.exe）。project(llvm-pass LANGUAGES C CXX)
SET (CMAKE_CXX_STANDARD 17)
#最核心的一句。 它会让 CMake 去你的系统中寻找 LLVM 的配置文件find_package(LLVM REQUIRED CONFIG)
#将 LLVM 官方提供的 CMake 脚本目录加入到 CMake 的搜索路径中，并引入 AddLLVM 模块。list(APPEND CMAKE_MODULE_PATH "${LLVM_CMAKE_DIR}")include(AddLLVM)
#LLVM_DEFINITIONS 通常是一个包含多个宏的字符串（比如 -D__STDC_CONSTANT_MACROS -D_DEBUG）。separate_arguments 把这个字符串按照空格拆分成一个 CMake 列表。然后 add_definitions 将这些宏应用到全局编译器中。separate_arguments(LLVM_DEFINITIONS_LIST NATIVE_COMMAND ${LLVM_DEFINITIONS})add_definitions(${LLVM_DEFINITIONS_LIST})include_directories(${LLVM_INCLUDE_DIRS})
#告诉 CMake 进入名为 HelloWorld 的子文件夹，并执行那里的 CMakeLists.txt 文件。add_subdirectory(HelloWorld)
llvm-pass ->build.bat
SET LLVM_DIR=C:\msys64\mingw64\llvm_installSET LLVN_DIR_BIN=%LLVM_DIR%\binSET PATH=%LLVN_DIR_BIN%;%PATH%
rmdir /s /q buildmkdir buildcd build
cmake -G "Ninja" -S .. -B . -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release -DLLVM_DIR=%LLVM_DIR%cmake --build .
llvm-pass -> HelloWorld -> CMakeLists.txt
#告诉 CMake 编译 Pass.cpp，并生成一个名为 HelloWorld 的库。#这里的 MODULE 非常关键。在 CMake 中，库有三种类型：#STATIC：静态库（.a / .lib）#SHARED：动态链接库（.so / .dll），允许其他程序在链接时依赖它。#MODULE：这也是动态库（在 Windows 下依然是 .dll），但它不打算在编译时被其他程序链接，而是专门用于在程序运行时通过动态加载（如 LoadLibrary）引入。#opt.exe 使用 -load-pass-plugin 加载你的 Pass 正是这种模式。add_library(HelloWorld MODULE Pass.cpp)
#这是一个 LLVM 特有的宏。LLVM 内部有很多子模块，这句话的意思是：“我想要使用 LLVM 的 Support（基础工具）、Core（IR 核心数据结构）和 IRReader（读取 IR 的工具）模块，请帮我把它们转换成对应的静态库文件名，并存放到 llvm_libs 变量中。”llvm_map_components_to_libnames(llvm_libs support core irreader)
# Link against LLVM libraries#寻找系统级别的线程库find_package(Threads REQUIRED)
# Link against LLVM libraries and pthreads (winpthreads on mingw)#将前面找到的 LLVM 静态库和线程库，链接到你的 HelloWorld 动态库中。PRIVATE 表示这些依赖仅仅 HelloWorld 自己内部使用，不会暴露给依赖 HelloWorld 的其他target_link_libraries(HelloWorld PRIVATE ${llvm_libs} Threads::Threads)
llvm-pass -> HelloWorld ->Pass.cpp
#include "llvm/Passes/PassPlugin.h"#include "llvm/Passes/PassBuilder.h"#include "llvm/IR/Function.h"#include "llvm/Support/raw_ostream.h"
using namespace llvm;
namespace llvm {
class HelloWorldPass : public PassInfoMixin<HelloWorldPass> { public: PreservedAnalyses run(Function &F, FunctionAnalysisManager &AM); static bool isRequired() { return true;} // opt必定去执行这个pass};
// 简单实现：打印函数名并声明不修改分析结果PreservedAnalyses HelloWorldPass::run(Function &F, FunctionAnalysisManager &AM) { errs() << "HelloWorldPass running on function: " << F.getName() << "\n"; return PreservedAnalyses::all();}
} // namespace llvm
/* 注册pass插件 */llvm::PassPluginLibraryInfo getHelloWorldPassPluginInfo() { return {LLVM_PLUGIN_API_VERSION, "hello", LLVM_VERSION_STRING, [](PassBuilder &PB) { PB.registerPipelineParsingCallback( [](StringRef Name, llvm::FunctionPassManager &PM, ArrayRef<llvm::PassBuilder::PipelineElement>) { if (Name == "hello") { PM.addPass(HelloWorldPass()); return true; } return false; }); }};}
//导出插件让 opt找到extern "C" LLVM_ATTRIBUTE_WEAK ::llvm::PassPluginLibraryInfo llvmGetPassPluginInfo() { return getHelloWorldPassPluginInfo();}
执行build.bat 就会编译好pass的dll
5、测试编译好的pass
clang版本
测试c代码
#include <stdio.h>
int main(){
printf("1w3123");}
编译成bc
/c/msys64/mingw64/llvm_install/bin/clang.exe -emit-llvm -c test.c -o test.bcclang -fuse-ld=lld -emit-llvm -c test.c -o test.bc
用opt去加载pass
/c/msys64/mingw64/llvm_install/bin/opt.exe -load-pass-plugin=libHelloWorld.dll -passes=hello -disable-output test.bcopt -load-pass-plugin=libHelloWorld.dll -passes=hello -disable-output test.bc
看到这个就代表pass编译成功并且被成功加载了
rust版本
rust有两种版本，msvc版本和GNU版本，这俩编译的cmake指令有所不同。
==这里使用GNU版本。
查看rust版本
rustup show
下载指定的rust版本
rustup toolchain install nightly-2024-04-15-x86_64-pc-windows-gnu
切换到指定的rust版本
rustup default nightly-2024-04-15-x86_64-pc-windows-gnu
查看rust的llvm版本
rustc -vV //rustc --version --verbose
注意： 这里rust必须使用夜版，也就是nightly 开头的
==如果你使用的是msvc的rust和llvm那么上面的 CMake不需要更改
==使用gnu版本的rsut需要吧库静态链接到pass里面
llvm-pass -> HelloWorld -> CMakeLists.txt （rust gnu版本要用静态链接，否者报错0x7F）
add_library(HelloWorld MODULE Pass.cpp)
# 获取 LLVM 组件的库名llvm_map_components_to_libnames(llvm_libs support core irreader)
# 注意：这里我们注销掉了 find_package(Threads REQUIRED) 和 Threads::Threads# 因为我们在下方的 target_link_options 中手动接管了 pthread 的静态链接，# 防止 CMake 画蛇添足导致双重链接。# find_package(Threads REQUIRED)
target_link_libraries(HelloWorld PRIVATE ${llvm_libs})
# 在 MinGW 下的专属链接配置if(MINGW) target_link_options(HelloWorld PRIVATE -fuse-ld=lld # 强行使用 lld 链接器，防止默认的 ld 崩溃 -static-libgcc -static-libstdc++ -Wl,-Bstatic -lwinpthread # 手动静态链接线程库 -Wl,-Bdynamic )endif()
原因： windows特性惹的锅，上面需要拷贝到llvm_install下面的那几个dll。 rust自己也有一份但是版本比较落后。
- rust编译前端ir的时候就会去加载这几个dll到内存里面
- pass插件加载的时候，pass也会加载这几个dll，但是windwos看内存里面有一份了，就不去加载llvm里面的这些dll了，直接使用rust的落后版本的dll。
- 由于旧版dll缺少一些东西，pass直接就甩出0x7F 错误。
==要是给rust调用的pas，你必须重新编译一份，静态链接的pass出来。
环境目录
文件代码
test3 ==> .cargo ==> config.toml
这个目录个文件需要自己创建
[target.x86_64-pc-windows-gnu]rustflags = [ "-Z", "llvm-plugins=E:/project/llvm-pass/build/HelloWorld/libHelloWorld.dll", "-Cpasses=function(hello)"]
test3 ==> main.rs
fn main() { println!("Hello, llvm-pass!");}
test3 ==> build.bat
@echo off
cargo cleancargo +nightly-2024-04-15-x86_64-pc-windows-gnu build --release --target x86_64-pc-windows-gnu
:: 检查上一条命令（build）的返回值，如果不等于 0 说明编译失败if %ERRORLEVEL% NEQ 0 ( echo 编译失败，请检查代码！ pause exit /b %ERRORLEVEL%)
:: 如果编译成功，程序会走到这里target\x86_64-pc-windows-gnu\release\test3.exe
==编译脚本写makefile 用make编译也可以。
rust加载pass效果
LLVM IR 编程基本流程
- 创建一个模块 Module
- 在模块中创建一个函数 Function
- 在函数 Function 中创建基本块 BasicBlock
- 在基本块中创建指令 Instruction
- 测试运行
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