在包含 kernel_fpu_begin() 的文件上生成和优化 Linux 内核中的 FP/SIMD 代码？

Posted 2023-02-16

【中文标题】在包含 kernel_fpu_begin() 的文件上生成和优化 Linux 内核中的 FP/SIMD 代码？

【英文标题】：Generate and optimize FP / SIMD code in the Linux Kernel on files which contains kernel_fpu_begin()?

【发布时间】：2020-04-30 16:44:46

【问题描述】：

我知道在内核中禁止使用任何类型的浮点代码，我们绝不应该使用任何可能生成 FP / SIMD 指令的 GCC 标志，但是一些源代码（尤其是arch/x86/crypto/*）呢？使用kernel_fpu_begin() 和kernel_fpu_end()?

Example 1, example 2.

我有一个古老的 Intel Core 2 Duo CPU，用于我的 64 位 Linux 内核，在主要的 Makefile 中，我使用以下 C 标志：

# Target specific Flags
KBUILD_CFLAGS   += \
           -m64 \
           -march=core2 \
           -mtune=core2 \
           -mfpmath=sse \
           -msoft-float \
           -mno-fp-ret-in-387 \
           -mno-mmx \
           -mno-sse \
           -mno-sse2 \
           -mno-sse3 \
           -mno-ssse3

# FPU Flags
FPU_CFLAGS := $(KBUILD_CFLAGS) \
           -mhard-float \
           -mfp-ret-in-387 \
           -mmmx \
           -msse \
           -msse2 \
           -msse3 \
           -mssse3 \
           -ftree-vectorize

在存在kernel_fpu_begin() 的文件中，我在他们的Makefiles 中传递FPU_CFLAGS，如下所示：

CFLAGS_sha512_ssse3_glue.o := $(FPU_CFLAGS)

这是正确的吗？它会优化 FP / SIMD 代码吗？还是不需要它，这个实现甚至可能破坏 FPU / SIMD 的状态？

【参考方案1】：

这样说对吗

不，绝对不要这样做。这些选项告诉 GCC 它可以在此编译单元中任何地方使用 SIMD/FP 指令，包括 之前 kernel_fpu_begin() 或kernel_fpu_end() 之后，或在从不调用kernel_fpu_begin() 的函数中。

例如它可以发出 movdqu 加载或存储以复制结构的 16 个字节，然后 corrupt user-space XMM register state 之前 kernel_fpu_begin 保存它。

是否会优化 FP/SIMD 代码？

不，使用kernel_fpu_begin() 的内核代码也使用内联汇编来运行 SIMD 指令。这将发出 SIMD 指令编译器没有任何帮助。

或者在理论上，某些内核代码可以使用像 __attribute__((target("sse2"))) 这样的函数属性或类似的东西，用于从 kernel_fpu_begin() / end 块内部调用的辅助函数。但我认为 Linux 更喜欢内联汇编而不是内联汇编或自动矢量化。

内核不会费心包含kernel_fpu_begin()/end 调用，如果它从中获得零收益。顺便说一句，您可以反汇编相关的.ko 内核模块，并查看它们实际上包含使用 XMM 寄存器的 SIMD 指令。使用objdump -drwC -Mintel foo.ko