linux-kernel - 为什么内核中不使用 SIMD 指令？

Question

我在内核中找不到太多使用 SIMD 指令（如 SSE/AVX）的地方（除了一个用来加速 RAID6 奇偶校验计算的地方）。

Q1) 有什么具体原因，还是只是缺少用例？

Q2) 如果我想使用 SIMD 指令，比如设备驱动程序，今天需要做什么？

Q3）将像ISPC这样的框架合并到内核中会有多难（仅用于实验）？

Answer 1

保存/恢复 FPU（包括 SIMD 矢量寄存器）状态比仅整数 GP 寄存器状态更昂贵。在大多数情况下，这根本不值得付出代价。

在 Linux 内核代码中，您所要做的就是围绕您的代码调用kernel_fpu_begin()/ 。kernel_fpu_end()这就是 RAID 驱动程序所做的。 请参阅http://yarchive.net/comp/linux/kernel_fp.html。

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x86 没有任何面向未来的方法来保存/恢复一个或几个向量寄存器。（除了xmm使用传统 SSE 指令手动保存/恢复寄存器之外，如果用户空间的任何 ymm/zmm 寄存器的上半部分变脏，可能会导致Intel CPU 上的 SSE/AVX 转换停止）。

传统 SSE 起作用的原因是，当英特尔想要引入 AVX 时，一些 Windows 驱动程序已经这样做了，所以他们发明了转换惩罚的东西，而不是让传统 SSE 指令将 ymm 寄存器的高 128b 归零。（有关该设计决策的更多详细信息，请参阅此内容。）因此，基本上我们可以将 SSE/AVX 转换惩罚混乱归咎于仅 Windows 二进制驱动程序。

关于非 x86 架构的 IDK，以及现有 SIMD 指令集是否具有面向未来的方法来保存/恢复将继续适用于更长向量的寄存器。如果扩展继续使用多个 32 位 FP 寄存器作为单个更宽寄存器的模式，ARM32 可能会。（例如q2由s8through组成。）因此，如果 256b NEON 扩展只是让您将 2 个寄存器用作一个 256b 寄存器，s11那么保存/恢复几个q寄存器应该是面向未来的。q或者，如果新的更宽向量是分开的，并且不扩展现有寄存器。