在kernel_fpu_begin之前调用kernel_fpu_end两次

Question

我使用kernel_fpu_begin和kernel_fpu_end函数来保护asm/I 387.h内核模块中的一些简单浮点算法的FPU寄存器状态。

我很好奇在kernel_fpu_begin函数之前两次调用kernel_fpu_end函数的行为，反之亦然。例如：

#include <asm/i387.h>

double foo(unsigned num){
    kernel_fpu_begin();

    double x = 3.14;
    x += num;

    kernel_fpu_end();

    return x;
}

...

kernel_fpu_begin();

double y = 1.23;
unsigned z = 42;
y -= foo(z);

kernel_fpu_end();

在foo函数中，我调用kernel_fpu_begin和kernel_fpu_end；但是在调用foo之前已经调用了kernel_fpu_begin。这会导致不明确的行为吗？

此外，我甚至应该在kernel_fpu_end函数中调用foo吗？我在调用之后返回一个kernel_fpu_end双，这意味着访问浮点寄存器是不安全的，对吗？

我最初的猜测是，在kernel_fpu_begin函数中不使用foo和kernel_fpu_end调用；但是，如果foo将double强制转换为未签名的 --程序员不会知道在foo之外使用kernel_fpu_begin和kernel_fpu_end。

Answer 1

简单回答:不，嵌套kernel_fpu_begin()调用是不正确的，它将导致用户空间FPU状态被破坏。

中度回答:这不能工作，因为kernel_fpu_begin()使用当前线程的struct task_struct来保存FPU状态(task_struct有依赖于体系结构的成员thread，而在x86上，thread.fpu保存线程的FPU状态)，执行第二个kernel_fpu_begin()将覆盖原始保存的状态。然后执行kernel_fpu_end()将最终恢复错误的FPU状态。

很长的答案:正如您看到在<asm/i387.h>中实际实现时所看到的那样，细节有点棘手。在较老的内核中(如您看到的3.2源代码)，FPU处理总是“懒惰”的--内核希望避免重新加载FPU的开销，直到它真正需要它，因为线程可能会运行并重新调度，而不需要实际使用FPU或需要它的FPU状态。因此，kernel_fpu_end()只设置TS标志，这将导致FPU的下一次访问捕获并导致重新加载FPU状态。希望我们没有真正使用FPU足够的时间来降低整体成本。

但是，如果您查看较新的内核(我相信3.7或更高版本)，您将看到实际上有第二条代码路径用于所有这些--“急切”的FPU。这是因为较新的FPU具有“优化”的XSAVEOPT指令，较新的用户空间更频繁地使用FPU(用于memcpy中的SSE，等等)。XSAVEOPT / XRSTOR的成本较低，而延迟优化实际上避免FPU重新加载的可能性也较小，因此在新的CPU上有一个新内核时，kernel_fpu_end()就会继续恢复FPU状态。(

然而，在“懒惰”和“急切”的FPU模式中，task_struct中仍然只有一个槽来保存FPU状态，因此嵌套kernel_fpu_begin()将最终破坏用户空间的FPU状态。

Answer 2

我正在用我所理解的asm/I 387.h Linux源代码(版本3.2)进行注释。

static inline void kernel_fpu_begin(void)
{
        /* get thread_info structure for current thread */
        struct thread_info *me = current_thread_info();

        /* preempt_count is incremented by 1
         * (preempt_count > 0 disables preemption,
         *  while preempt_count < 0 signifies a bug) */
        preempt_disable();

        /* check if FPU has been used before by this thread */
        if (me->status & TS_USEDFPU)
                /* save the FPU state to prevent clobbering of
                 * FPU registers, then reset the TS_USEDFPU flag */
                __save_init_fpu(me->task);
        else
                /* clear the CR0.TS bit to prevent
                 * unnecessary FPU task context saving */
                clts();
}

static inline void kernel_fpu_end(void)
{
        /* set CR0.TS bit (signifying the processor switched
         * to a new task) to enable FPU task context saving */
        stts();

        /* attempt to re-enable preemption
         * (preempt_count is decremented by 1);
         * reschedule thread if needed
         * (thread will not be preempted if preempt_count != 0) */
        preempt_enable();
}

FXSAVE指令通常用于保存FPU状态。但是，我相信每次在同一个线程中调用kernel_fpu_begin时，内存目的地都保持不变；不幸的是，这意味着FXSAVE将覆盖先前保存的FPU状态。

因此，我怀疑不能安全地嵌套kernel_fpu_begin调用。

但是，我仍然无法理解的是如何恢复FPU状态，因为kernel_fpu_end调用似乎没有执行FXRSTOR指令。另外，如果我们不再使用FPU，为什么在CR0.TS调用中设置kernel_fpu_end位呢？

Answer 3

是的，正如您定义的一些双变量& foo也返回了double值；您必须在foo 还有。之外使用kernel_fpu_begin和kernel_fpu_end调用

相似问题也有一些实例，您可以在这些实例中不使用kernel_fpu_begin和kernel_fpu_end调用来编写代码。