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;
}

这非常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

在内核模块中使用 x87 会“工作”，但会默默地破坏用户空间 x87 / MMX 状态。 Why am I able to perform floating point operations inside a Linux kernel module?

你需要 kernel_fpu_begin() / kernel_fpu_end() 来保证这个安全。

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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，您只需对 sqrt 指令本身使用内联 asm，您可以这样向编译器描述：

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

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

寄存器约束必须告诉模块使用浮点寄存器。

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或者完全避免内联汇编，使用可以内联的 GNU C 内置函数

您需要使用-fno-math-errno 让内置函数实际内联为fsqrt 或sqrtss，而不是回退到call sqrtf 以获取会导致NaN 的输入。

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 / ret。 （请参阅上面的 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（重新加载）。

另外，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，您将丢弃实际浮点指令中使用的额外精度。尽管如果您最终会频繁存储这些值作为float，将有一个额外的cvtpd2ps 指令。OTOH，例如，如果您将参数传递给printf，这实际上避免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 位代码的默认值）编译，值将在内联后保留在 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 SSE 寄存器并且仅使用 x87 不会使其或返回用户空间时最终的 FPU 恢复成本更低。