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appendix-c-disable-simd.md

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原文：https://os.phil-opp.com/disable-simd/

原作者：@phil-opp

译者：洛佳 华中科技大学

使用Rust编写操作系统（附录三）：禁用SIMD

单指令多数据流（Single Instruction Multiple Data，SIMD）指令能够同时对多个数据字（data word）执行同一个操作，这能显著地加快程序运行的速度。x86_64架构支持下面的SIMD标准：

  1. MMX（Multi Media Extension）。MMX指令集发布于1997年，它定义了8个64位的寄存器，从mm0到mm7。这些寄存器只是x87浮点数单元（x87 floating point unit）所用寄存器的别称；
  2. SSE（Streaming SIMD Extensions）。SSE指令集于1999年发布。它定义了一些全新的寄存器集合，而不是重复使用已有的浮点数单元寄存器。从xmm0到xmm15，SSE定义了16个全新的寄存器，每个寄存器有128位长；
  3. AVX（Advanced Vector Extensions）。2008年发布的AVX又一次扩展了多媒体相关的寄存器，新的寄存器被称作ymm0到ymm15，长度均为256位。这些寄存器只是xmm寄存器的拓展，所以例如xmm0只是ymm0的低128位。

通过使用这些SIMD标准，程序通常能极大地提升速度。一些优秀的编译器拥有自动矢量化编译技术（auto-vectorization），能够自动将普通的循环代码转变为使用SIMD指令集的二进制码。

然而，庞大的SIMD寄存器可能在操作系统内核层面造成问题。当硬件中断发生时，我们的内核不得不备份所有它使用的寄存器：因为在程序继续时，内核依然需要它原来的寄存器数据。所以如果内核使用了SIMD寄存器，它就不得不额外备份大量的SIMD寄存器数据（可能多达512~1600个字节），这将很显著地降低效率。为了避免效率损失，我们在开发内核时，常常禁用sse和mmx这两个CPU特征（CPU feature）。（avx特征是默认被禁用的。）

要禁用这两个特征，我们可以修改目标配置清单（target specification）的features配置项。使用-号，我们可以禁用sse和mmx两个CPU特征：

"features": "-mmx,-sse"

浮点数

关于浮点数，我们有一个好消息和一个坏消息。坏消息是，x86_64架构也使用SSE寄存器做一些浮点数运算。因此，禁用SSE环境下的浮点数运算，都将导致LLVM发生错误。Rust的core库基于浮点数运算实现——比如它实现了f32和f64类型——这样的特点，让我们无法通过避免使用浮点数而绕开这个错误。而好消息是，LLVM支持一个称作soft-float的特征，它能够基于普通的整数运算软件模拟浮点运算；无需使用SSE寄存器，这让我们在内核中使用浮点数变为可能——只是性能上会慢一点点。

为了启用这个特征，我们把+号开头的特征名称加入配置项：

"features": "-mmx,-sse,+soft-float"

原文链接：https://os.phil-opp.com/red-zone/ 原作者：@phil-opp

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译者：洛佳 华中科技大学*

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