使用 SIGILL 的 AVX 特征检测与 CPU 探测

Question

我正在尝试确定一种有效的方法来检测英特尔和 AMD 处理器上的 AVX 和 AVX2 的可用性。在阅读英特尔软件开发人员手册第一卷（使用 XSAVE 功能集管理状态，第 310 页时，我有点惊讶地发现它更接近 SSE 和 XSAVE )。

英特尔在Is AVX enabled? 上发布了一些用于检测 AVX 可用性的代码。代码如下所示，它不会太痛苦。问题是，Visual Studio 是一个痛点，因为我们需要将代码从 C/C++ 文件移到 X64 的 ASM 文件中。

其他人似乎正在采用SIGILL 方法来检测 AVX 可用性。或者他们在不知不觉中使用了SIGILL 方法。例如，请参阅SIGILL on AVX instruction。

我的问题是，使用 SIGILL 方法检测 AVX 可用性是否安全？此处，“安全” 表示当 CPU 和操作系统支持 AVX 时，AVX 指令将生成SIGILL；否则它将生成SIGILL。

---

下面的代码是针对 32 位机器的，它来自英特尔博客 Is AVX enabled? 让我担心的是操纵控制寄存器。读取和写入某些 X86 和 ARM 控制寄存器有时需要超级用户/管理员权限。这是我更喜欢SIGILL 的原因（并避免使用控制寄存器）。

; int isAvxSupported();
isAvxSupported proc

  xor eax, eax
  cpuid
  cmp eax, 1           ; does CPUID support eax = 1?
  jb not_supported

  mov eax, 1
  cpuid
  and ecx, 018000000h  ; check 27 bit (OS uses XSAVE/XRSTOR)
  cmp ecx, 018000000h  ; and 28       (AVX supported by CPU)
  jne not_supported

  xor ecx, ecx         ; XFEATURE_ENABLED_MASK/XCR0 register number = 0
  xgetbv               ; XFEATURE_ENABLED_MASK register is in edx:eax
  and eax, 110b
  cmp eax, 110b        ; check the AVX registers restore at context switch
  jne not_supported

supported:
  mov eax, 1
  ret

not_supported:
  xor eax, eax
  ret

isAvxSupported endp

Answer 1

先说一点理论。

为了使用 AVX 指令集必须满足几个条件：

1. CR4.OSXSAVE[bit 18] 必须为 1。
   此标志由操作系统设置以向处理器发出信号，表明它支持xsave 扩展。
   xsave 扩展是保存 AVX 状态的唯一方法（fxsave 不保存 ymm 寄存器），因此操作系统必须支持它们。

2. XCR0.SSE[bit 1] 和 XCR0.AVX[bit 2] 必须为 1。
   这些标志由操作系统设置，以通知处理器它支持保存和恢复 SSE 和 AVX 状态（通过xsave）。

3. CPUID.1:ECX.AVX[bit 28] = 1
   当然，处理器首先必须支持 AVX 扩展。

所有这些寄存器都是用户模式可读的，但对于CR4。
幸运的是，CR4.OSXSAVE 位反映在CPUID.1:ECX.OSXSAVE[bit 27] 中，因此所有信息都可以在用户模式下访问。 不涉及特权指令。

为了使用 AVX 扩展，必须同时支持硬件（CPUID.1:ECX.AVX 和 CPUID.1:ECX.XSAVE）和操作系统（CPUID.1:ECX.OSXSAVE、XCR0.SSE 和 XCR0.AVX）。
由于操作系统仅在存在硬件支持的情况下才表示支持xsave，因此测试前者就足够了。
对于 AVX 扩展，仍然建议测试 CPUID.1:ECX.AVX，因为即使不支持 AVX，操作系统也可能设置 XCR0.AVX。

这导致了英特尔官方强烈推荐的算法：

这与您发布的完全相同。

---

捕获异常以检测对 AVX 扩展的支持也可以保证您可以保证捕获的异常是 #UD。
例如，通过执行 vzeroall，唯一可能的例外是 #UD 和 #NM。
第一个仅在以下情况下抛出：

如果 XCR0[2:1] ≠ ‘11b’。
如果 CR4.OSXSAVE[bit 18]=0.
如果 CPUID.01H.ECX.AVX[bit 28]=0.
如果 VEX.vvvv ≠ 1111B。

因此，除非您的汇编器/编译器损坏，否则它完全等同于开头所述的条件。

后者是作为保存 AVX 状态的优化而抛出的，因此它不会被操作系统暴露给用户模式程序。

因此在vzeroall 上捕获SIGILL 或类似的也可以。