混合组装和 Fortran 以及并行化 (OpenMP)

Posted 2023-02-16

【中文标题】混合组装和 Fortran 以及并行化 (OpenMP)

【英文标题】：Mixing Assembly & Fortran plus parallelization (OpenMP)

【发布时间】：2014-11-21 08:18:16

【问题描述】：

我现在正在尝试以下方法：

global  func_
func_:
    push rbp
    mov rbp, rsp

    mov rax,[rdi]
    mov rbx,[rsi]

    cmp rbx,1
    je  done
    dec rbx

    mov rsi,1
loop1:
    shl rsi, 1
    dec     rbx
    jnz     loop1

    or rax,rsi
    mov [rdi],rax

    mov rcx,15
    mov rax,11
    movq xmm1,rcx
    movq xmm0, rax
    xorpd xmm0, xmm1

    movq rax, xmm0
    mov [rdi],rax


    mov rsp, rbp
    pop rbp
    ret

done:

    or rax,1
    mov [rdi],rax
    mov rsp, rbp
    pop rbp
    ret

到目前为止的代码并没有真正的意义，我需要使用 XMM[]（128 位操作），并且这个汇编代码应该被编译成一个对象并链接到我将要的 Fortran 代码：

! Compile:
!gfortran -c testassembly.F90; 
!nasm -f elf64 assembly_func.asm; 
!gfortran -o run testassembly.o assembly_func.o; 
!./run

a = 10
b = 4
call func(a,b)

到目前为止，一切都已经很清楚了，现在如果我例如会发生什么。 OpenMP 将我的代码并行化，即：

!$omp do schedule(dynamic,1)
a = 10
b = 4
call func(a,b)
!$omp end do

换句话说，汇编中的寄存器是否物理存在？或者它们会以某种方式位于 OpenMP 线程的本地？如果它们是共享的，那么竞争条件和类似的东西如何？

我希望我已经足够清楚了。

【问题讨论】：

实际上，CPU 有更多的寄存器，即使对于串行程序，名称也与内核中的一个不同的物理寄存器不一致。

【参考方案1】：

每个线程都有自己的一组寄存器。这在线程在不同内核上执行的情况下很明显，因为每个内核都包含一整套寄存器。当多个线程分时共享同一个物理内核时，用户可见寄存器的状态会在执行切换到不同线程时保存，然后在执行切换回原始线程时恢复（上下文保存/恢复），从而产生每个线程只在寄存器上操作的错觉。

至于这些寄存器的物理存在，现代 x86 CPU 在其内核中没有固定的单元，称为 RAX、RBX 等。它们借鉴了旧的 RISC 概念，而是拥有大量的寄存器，称为一个寄存器文件（实际上，现代 x86 CPU 基本上是 RISC 内核，每条 CISC 指令都被拆分为一组更简单的内核操作，称为微操作）。该文件中的每个寄存器都可以通过称为寄存器重命名的过程用作 RAX。例如，这允许独立指令并行执行，即使它们使用相同的寄存器，例如

mov [rdi], rax
xor rax, rax

在这种情况下，第二条指令对第一条指令没有数据依赖性，因为rax 的内容只是被覆盖了。但如果只有一个 RAX 寄存器，CPU 必须先完成第一条指令的写入内存阶段，然后第二条指令才能使用 RAX。通过寄存器重命名，第二条指令只需将文件中的另一个寄存器写入从那时起用作 RAX 的另一个寄存器。

【讨论】：

我最近了解到的一件有趣的事情是，在 Sandy Bridge xor rax 上，rax 甚至不使用微操作。寄存器文件有一个零寄存器，rax 寄存器被重命名为。唯一的成本是解码指令。但这很少是问题。

我最初的想法是mov [rdi], rax; mov rax, [rsi]，但后来我决定用不同的东西替换第二个mov。我也不知道零寄存器。

如果你有兴趣我在这里了解了***.com/questions/26807285/…