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我正在阅读 Robert Love 的“Linux Kernel Development”，我遇到了以下段落：

否（容易）使用浮点数

当用户空间进程使用浮点指令时，内核管理从整数到浮点模式的转换。内核在使用浮点指令时必须做什么因架构而异，但内核通常会捕获一个陷阱，然后启动从整数模式到浮点模式的转换。

与用户空间不同，内核没有对浮点的无缝支持的奢侈，因为它不能轻易地陷入困境。在内核中使用浮点需要手动保存和恢复浮点寄存器，以及其他可能的琐事。简短的回答是：不要这样做！除了极少数情况外，内核中没有浮点运算。

我从未听说过这些“整数”和“浮点”模式。它们到底是什么，为什么需要它们？这种区别是否存在于主流硬件架构（例如 x86）上，还是特定于一些更奇特的环境？从进程和内核的角度来看，从整数模式到浮点模式的转换究竟需要什么？

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因为...

  • 许多程序不使用浮点或不在任何给定的时间片上使用它；和
  • 保存 FPU 寄存器和其他 FPU 状态需要时间；所以

...操作系统内核可能会简单地关闭 FPU。Presto，没有要保存和恢复的状态，因此更快的上下文切换。（这就是模式的意思，它只是意味着启用了 FPU。）

如果程序尝试 FPU 操作，程序将陷入内核，内核将打开 FPU，恢复任何可能已经存在的保存状态，然后返回以重新执行 FPU 操作。

在上下文切换时，它知道实际执行状态保存逻辑。（然后它可能会再次关闭 FPU。）

顺便说一句，我相信这本书对内核（而不仅仅是 Linux）避免 FPU 操作的原因的解释......并不完全准确。1

内核可以陷入自身并在很多事情上都这样做。（定时器、页面错误、设备中断等。）真正的原因是内核并不特别需要FPU 操作，并且还需要在根本没有 FPU 的架构上运行。因此，它只是避免了管理自己的 FPU 上下文所需的复杂性和运行时间，因为它不执行总是有其他软件解决方案的操作。

有趣的是，如果内核想要使用 FP ，必须多久保存一次 FPU 状态。. . 每一次系统调用，每一次中断，每一次内核线程之间的切换。即使偶尔需要内核 FP，2在软件中执行它可能会更快。

1.也就是说，大错特错。
2. 我知道一些关于内核软件包含浮点算术实现的情况。 一些架构在硬件中实现了传统的 FPU 操作，但将一些复杂的 IEEE FP 操作留给了软件。（想想：非正规算术。） 当一些奇怪的 IEEE 极端情况发生时，它们会陷入软件，该软件包含可以陷阱的操作的迂腐正确仿真。

于 2012-12-14T21:54:26.870 回答
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对于某些内核设计，当“内核”或“系统”任务被任务切换时，浮点寄存器不会被保存。（这是因为 FP 寄存器很大，需要时间和空间来保存。）因此，如果您尝试使用 FP，值将随机“噗”。

此外，一些硬件浮点方案依赖内核通过陷阱处理“奇数”情况（例如，零除法），并且所需的陷阱机制可能处于比内核任务当前运行的更高“级别”。

由于这些原因（以及更多原因），当您在任务中第一次使用 FP 指令时，一些硬件 FP 方案将陷入困境。如果您被允许使用 FP，则在任务中打开一个浮点标志，如果没有，您将被行刑队枪杀。

于 2012-12-14T21:57:24.203 回答