为什么内核不能使用SSE/AVX寄存器和指令？

Question

来自StackOverflow的这篇文章有，

在某些环境中，对某些指令或使用某些寄存器有限制。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变体都不能使用，因为它们依赖SSE或AVX寄存器，而在x86上使用了一个简单的基于64位mov的副本。对于这些平台，使用rep可以在不打破SIMD代码限制的情况下实现优化的memcpy的大部分性能。

为什么，x86_64内核不能使用SSE/AVX？如果它能使memcopy()更快，那么它似乎应该被允许。当我看到这个评论的时候，我只是在学习Intel程序集，特别是想学习SEE/AVX。

特别对Linux内核中的SSE/MME和AVX优化感兴趣。

Answer 1

正如吉尔斯所提到的，只要FPU易于使用，内核就需要支持保存和恢复它的状态。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交换机(即当前CPU从一个线程切换到另一个线程时)处理--至少是在以前运行的线程使用FPU时。那么，为什么不将其扩展到内核呢？

有几个原因可以避免在内核中使用FPU：

• 从可移植性的角度来看，一些体系结构根本不支持在内核中使用FPU，所以泛型代码不能依赖它；
• 保存和恢复FPU状态是昂贵的，并且引入了某些与实现相关的约束(在x86 Linux上，在这里需要仔细考虑抢占)。

让内核避免使用FPU意味着用户空间的成本可以降低: FPU状态只需要在上下文切换返回到用户空间时之后(而不是在上下文切换之后)恢复，而不是在所有情况下(仅当所涉及的线程实际使用FPU时)。

然而，在内核中使用FPU (和MMX/SSE/AVX)是可能的，在x86特定的代码中，好处大于成本:因此它最终被用于密码代码和RAID6中。这些来自莱纳斯的邮件提供了更多细节。如果要使用FPU，则需要使用kernel_fpu_begin和kernel_fpu_end之间的代码对所有FPU进行括号，并确保它不会出错或休眠。详细信息请参见arch/x86/include/asm/fpu/api.h和arch/x86/kernel/fpu/core.c。

对于memcpy来说，性能的提高并不超过使用FPU的成本。

(x86具有相当复杂的FPU体系结构，但它提供了操作系统共享FPU所需的所有功能:它可以在每次发出FPU指令时捕获，这允许内核对从不使用FPU的进程进行优化，它还可以指示何时CPU和FPU状态可能会发散。它还提供了保存和恢复FPU状态的说明-- FSAVE、FXSAVE和XSAVE，这取决于FPU的年份。FPU支持可能是8086设计的一个方面，设计者在这里使用最有远见。)