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为什么内核不能使用SSE/AVX寄存器和指令？

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为什么内核不能使用SSE/AVX寄存器和指令？

StackOverflow 的这篇文章有这个,

在某些环境中，某些指令或使用某些寄存器存在限制。例如，在Linux内核中，通常不允许使用SSE/AVX或FP寄存器。因此，大多数优化的 memcpy 变体无法使用，因为它们依赖于 SSE 或 AVX 寄存器，并且在 x86 上使用基于 mov 的普通 64 位副本。对于这些平台，使用rep movsb 可以实现优化memcpy 的大部分性能，而不会打破SIMD 代码的限制。

为什么 x86_64 内核不能使用 SSE/AVX？如果它会变得memcopy()更快，似乎应该被允许。当我看到这个评论时，我刚刚学习 Intel Assembly，并且特别想学习 SEE/AVX。

对 Linux 内核中的 SSE/MME 和 AVX 优化特别感兴趣。

答案1

作为吉尔斯提到，在任何可能使用 FPU 的地方，内核都需要支持保存和恢复其状态。由于用户空间可以使用 FPU，因此在任何情况下都需要在上下文切换时进行处理（IE，当当前 CPU 从一个线程切换到另一个线程时）——至少，当先前运行的线程使用 FPU 时。那么为什么不将其扩展到内核呢？

避免在内核中使用 FPU 有几个原因：

  • 从可移植性的角度来看，某些架构根本不支持在内核中使用FPU，因此通用代码不能依赖它；
  • 保存和恢复 FPU 状态的成本很高，并且引入了某些与实现相关的约束（在 x86 Linux 上，抢占尤其需要仔细考虑）。

让内核避免使用 FPU 意味着可以降低用户空间的成本：仅在上下文切换后才需要恢复 FPU 状态返回用户空间时（与上下文切换后立即相反），并且并非在所有情况下（仅当涉及的线程实际使用 FPU 时）。

它是然而，可以在内核中、在特定于 x86 的代码中使用 FPU（和 MMX/SSE/AVX），其中收益大于成本：因此它最终被用在加密代码和 RAID6 中。这些来自 Linus 的电子邮件提供更多细节。如果要使用 FPU，则需要使用kernel_fpu_begin和之间的代码将所有 FPU 括起来kernel_fpu_end，并确保它不会出现故障或休眠。看arch/x86/include/asm/fpu/api.h和arch/x86/kernel/fpu/core.c了解详情。

对于memcpy，性能提升不会超过使用 FPU 的成本。

（x86 具有相当复杂的 FPU 架构，但它提供了使操作系统能够共享 FPU 所需的所有功能：每当发出 FPU 指令时它都会捕获，这允许内核针对从不使用 FPU 的进程进行优化它可以指示 CPU 和 FPU 状态何时可能发生分歧。它还提供保存和恢复 FPU 状态的指令，FSAVE并且FXSAVE取决于XSAVEFPU 的版本，这可能是 8086 设计的一个方面。设计师们最有先见之明.)

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