c - Linux 内核模块中 x87 内联汇编中的操作数类型不匹配

Question

我真的很想在 Linux 内核模块中使用浮点运算，只是为了它。我不想做任何花哨的事情，只需使用 x87 trig 指令和/或 sqrt 指令，然后将结果分配给一个变量。就是这样。到目前为止，我已经尝试过:

float sqroot(float arg){
    float returnValue;
    asm(
     "fld %1\n"
     "fsqrt\n"
     "fst %0"
     :"=r"(returnValue) 
     : "r"(arg)
    );
    return returnValue;
}

这惨遭失败并产生以下错误:

Error: operand type mismatch for `fld'
Error: operand type mismatch for `fst'

我们将不胜感激。

Answer 1

从内核模块使用 x87 将“工作”，但会悄悄破坏用户空间 x87/MMX 状态。 Why am I able to perform floating point operations inside a Linux kernel module?

您需要 kernel_fpu_begin()/kernel_fpu_end() 来确保安全。

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不是从内联 asm 加载/存储，而是在 x87 寄存器堆栈的顶部请求输入并产生输出，并让编译器在需要时发出加载/存储指令。编译器已经知道如何做到这一点，您只需要对 sqrt 指令本身使用内联汇编，您可以通过这种方式向编译器描述:

static inline
float sqroot(float arg) {
    asm("fsqrt"  : "+t"(arg) );
    return arg;
}

(请参阅编译器生成的 asm on the Godbolt compiler explorer)

寄存器约束必须告诉 block 使用浮点寄存器。

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或者完全避免内联 asm，使用可以内联的 GNU C 内置

您需要使用-fno-math-errno 来使内置函数实际内联为fsqrt 或sqrtss，没有为将导致 NaN 的输入回退到 调用 sqrtf。

static inline
float sqroot_builtin(float arg) {
    return __builtin_sqrtf(arg);
}

对于 x86-64，我们得到 sqrtss %xmm0, %xmm0/ret 而对于 i386，我们得到 fld/fsqrt /返回。 (参见上面的 Godbolt 链接)。恒定传播通过 __builtin_sqrt 和其他优化工作。

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编辑:结合@iwillnotexist-idontexist 的观点(重新双重加载)。

此外，如果是我，我会在声明中添加 static inline 并将其放入头文件中。这将使编译器能够更智能地管理寄存器并避免堆栈帧开销。

(我也很想在整个过程中将 float 更改为 double。否则，您将放弃实际浮点指令中使用的额外精度。尽管如果您最终经常将值存储为 float，则会有一个额外的 cvtpd2ps 指令。OTOH，如果您将参数传递给 printf，例如，这实际上避免了 cvtps2pd。)

但是 Linux 内核 kprintf 无论如何都没有 double 的转换。

如果使用 -mfpmath=387(32 位代码的默认设置)编译，在内联后值将保留在 80 位 x87 寄存器中。但是，是的，对于使用 64 位默认值 -mfpmath=sse 的 64 位代码，这将导致在加载回 XMM 寄存器时四舍五入为 float。

kernel_fpu_begin() 保存完整的 FPU 状态，避免使用 SSE 寄存器并且仅使用 x87 不会使它或最终的 FPU 恢复在返回用户空间时更便宜。