linux - Linux内核中浮点的使用

Question

我正在阅读 Robert Love 的“Linux Kernel Development”，我偶然发现了以下段落:

No (Easy) Use of Floating Point

When a user-space process uses floating-point instructions, the kernel manages the transition from integer to floating point mode. What the kernel has to do when using floating-point instructions varies by architecture, but the kernel normally catches a trap and then initiates the transition from integer to floating point mode.

Unlike user-space, the kernel does not have the luxury of seamless support for floating point because it cannot easily trap itself. Using a floating point inside the kernel requires manually saving and restoring the floating point registers, among other possible chores. The short answer is: Don’t do it! Except in the rare cases, no floating-point operations are in the kernel.

我从未听说过这些“整数”和“浮点”模式。它们到底是什么，为什么需要它们？这种区别是否存在于主流硬件架构(例如 x86)上，还是特定于一些更奇特的环境？从进程和内核的角度来看，从整数模式到浮点模式的转换究竟需要什么？

Answer 1

因为……

• 许多程序不使用 float 或不在任何给定的时间片上使用它； 和
• 保存 FPU 寄存器和其他 FPU 状态需要时间； 因此

...操作系统内核可能会简单地关闭 FPU。 Presto，无需保存和恢复状态，因此可以更快地进行上下文切换。 (这就是 mode 的意思，它只是表示启用了 FPU。)

如果程序尝试 FPU 操作，程序将陷入内核，内核将打开 FPU，恢复任何可能已经存在的已保存状态，然后返回以重新执行 FPU 操作。

在上下文切换时，它知道实际执行状态保存逻辑。 (然后它可能会再次关闭 FPU。)

顺便说一句，我认为这本书对内核(而不仅仅是 Linux)避免 FPU 操作的原因的解释......并不完全准确。¹

内核可以陷入自身并在很多事情上这样做。 (定时器、页面错误、设备中断等。)真正的原因是内核并不特别需要 FPU 操作，并且还需要在根本没有 FPU 的架构上运行。因此，它只是避免了管理自己的 FPU 上下文所需的复杂性和运行时间，因为它不执行总是有其他软件解决方案的操作。

有趣的是，如果内核想要使用 FP ，则必须多久保存一次 FPU 状态。 . . 每个系统调用、每个中断、每个内核线程之间的切换。即使偶尔需要内核 FP，² 在软件中执行它可能会更快。

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<支持>1.也就是说， 错了。
2. 我知道内核软件包含浮点算术实现的几个案例。 一些架构在硬件中实现了传统的 FPU 操作，但将一些复杂的 IEEE FP 操作留给了软件。 (想想: 非正规算术。)当一些奇怪的 IEEE 极端情况发生时，它们会陷入软件，该软件包含可以陷阱的操作的迂腐正确仿真。