sh: Minor optimisations to FPU handling
authorStuart Menefy <stuart.menefy@st.com>
Fri, 25 Sep 2009 17:25:10 +0000 (18:25 +0100)
committerPaul Mundt <lethal@linux-sh.org>
Tue, 24 Nov 2009 08:45:38 +0000 (17:45 +0900)
A number of small optimisations to FPU handling, in particular:

 - move the task USEDFPU flag from the thread_info flags field (which
   is accessed asynchronously to the thread) to a new status field,
   which is only accessed by the thread itself. This allows locking to
   be removed in most cases, or can be reduced to a preempt_lock().
   This mimics the i386 behaviour.

 - move the modification of regs->sr and thread_info->status flags out
   of save_fpu() to __unlazy_fpu(). This gives the compiler a better
   chance to optimise things, as well as making save_fpu() symmetrical
   with restore_fpu() and init_fpu().

 - implement prepare_to_copy(), so that when creating a thread, we can
   unlazy the FPU prior to copying the thread data structures.

Also make sure that the FPU is disabled while in the kernel, in
particular while booting, and for newly created kernel threads,

In a very artificial benchmark, the execution time for 2500000
context switches was reduced from 50 to 45 seconds.

Signed-off-by: Stuart Menefy <stuart.menefy@st.com>
Signed-off-by: Paul Mundt <lethal@linux-sh.org>
arch/sh/include/asm/fpu.h
arch/sh/include/asm/processor_32.h
arch/sh/include/asm/thread_info.h
arch/sh/kernel/cpu/init.c
arch/sh/kernel/cpu/sh2a/fpu.c
arch/sh/kernel/cpu/sh4/fpu.c
arch/sh/kernel/process_32.c
arch/sh/math-emu/math.c

index bfd78e1..d7709c0 100644 (file)
@@ -18,17 +18,14 @@ static inline void grab_fpu(struct pt_regs *regs)
 
 struct task_struct;
 
 
 struct task_struct;
 
-extern void save_fpu(struct task_struct *__tsk, struct pt_regs *regs);
+extern void save_fpu(struct task_struct *__tsk);
 void fpu_state_restore(struct pt_regs *regs);
 #else
 
 void fpu_state_restore(struct pt_regs *regs);
 #else
 
+#define save_fpu(tsk)          do { } while (0)
 #define release_fpu(regs)      do { } while (0)
 #define grab_fpu(regs)         do { } while (0)
 
 #define release_fpu(regs)      do { } while (0)
 #define grab_fpu(regs)         do { } while (0)
 
-static inline void save_fpu(struct task_struct *tsk, struct pt_regs *regs)
-{
-       clear_tsk_thread_flag(tsk, TIF_USEDFPU);
-}
 #endif
 
 struct user_regset;
 #endif
 
 struct user_regset;
@@ -40,21 +37,28 @@ extern int fpregs_get(struct task_struct *target,
                      unsigned int pos, unsigned int count,
                      void *kbuf, void __user *ubuf);
 
                      unsigned int pos, unsigned int count,
                      void *kbuf, void __user *ubuf);
 
+static inline void __unlazy_fpu(struct task_struct *tsk, struct pt_regs *regs)
+{
+       if (task_thread_info(tsk)->status & TS_USEDFPU) {
+               task_thread_info(tsk)->status &= ~TS_USEDFPU;
+               save_fpu(tsk);
+               release_fpu(regs);
+       } else
+               tsk->fpu_counter = 0;
+}
+
 static inline void unlazy_fpu(struct task_struct *tsk, struct pt_regs *regs)
 {
        preempt_disable();
 static inline void unlazy_fpu(struct task_struct *tsk, struct pt_regs *regs)
 {
        preempt_disable();
-       if (test_tsk_thread_flag(tsk, TIF_USEDFPU))
-               save_fpu(tsk, regs);
-       else
-               tsk->fpu_counter = 0;
+       __unlazy_fpu(tsk, regs);
        preempt_enable();
 }
 
 static inline void clear_fpu(struct task_struct *tsk, struct pt_regs *regs)
 {
        preempt_disable();
        preempt_enable();
 }
 
 static inline void clear_fpu(struct task_struct *tsk, struct pt_regs *regs)
 {
        preempt_disable();
-       if (test_tsk_thread_flag(tsk, TIF_USEDFPU)) {
-               clear_tsk_thread_flag(tsk, TIF_USEDFPU);
+       if (task_thread_info(tsk)->status & TS_USEDFPU) {
+               task_thread_info(tsk)->status &= ~TS_USEDFPU;
                release_fpu(regs);
        }
        preempt_enable();
                release_fpu(regs);
        }
        preempt_enable();
index 9a87149..1f3d6fa 100644 (file)
@@ -56,6 +56,7 @@ asmlinkage void __init sh_cpu_init(void);
 #define SR_DSP         0x00001000
 #define SR_IMASK       0x000000f0
 #define SR_FD          0x00008000
 #define SR_DSP         0x00001000
 #define SR_IMASK       0x000000f0
 #define SR_FD          0x00008000
+#define SR_MD          0x40000000
 
 /*
  * DSP structure and data
 
 /*
  * DSP structure and data
@@ -136,7 +137,7 @@ struct mm_struct;
 extern void release_thread(struct task_struct *);
 
 /* Prepare to copy thread state - unlazy all lazy status */
 extern void release_thread(struct task_struct *);
 
 /* Prepare to copy thread state - unlazy all lazy status */
-#define prepare_to_copy(tsk)   do { } while (0)
+void prepare_to_copy(struct task_struct *tsk);
 
 /*
  * create a kernel thread without removing it from tasklists
 
 /*
  * create a kernel thread without removing it from tasklists
index 23eeed8..1f3d927 100644 (file)
@@ -51,6 +51,7 @@ struct thread_info {
        .task           = &tsk,                 \
        .exec_domain    = &default_exec_domain, \
        .flags          = 0,                    \
        .task           = &tsk,                 \
        .exec_domain    = &default_exec_domain, \
        .flags          = 0,                    \
+       .status         = 0,                    \
        .cpu            = 0,                    \
        .preempt_count  = INIT_PREEMPT_COUNT,   \
        .addr_limit     = KERNEL_DS,            \
        .cpu            = 0,                    \
        .preempt_count  = INIT_PREEMPT_COUNT,   \
        .addr_limit     = KERNEL_DS,            \
@@ -117,7 +118,6 @@ extern void free_thread_info(struct thread_info *ti);
 #define TIF_SECCOMP            6       /* secure computing */
 #define TIF_NOTIFY_RESUME      7       /* callback before returning to user */
 #define TIF_SYSCALL_TRACEPOINT 8       /* for ftrace syscall instrumentation */
 #define TIF_SECCOMP            6       /* secure computing */
 #define TIF_NOTIFY_RESUME      7       /* callback before returning to user */
 #define TIF_SYSCALL_TRACEPOINT 8       /* for ftrace syscall instrumentation */
-#define TIF_USEDFPU            16      /* FPU was used by this task this quantum (SMP) */
 #define TIF_POLLING_NRFLAG     17      /* true if poll_idle() is polling TIF_NEED_RESCHED */
 #define TIF_MEMDIE             18
 #define TIF_FREEZE             19      /* Freezing for suspend */
 #define TIF_POLLING_NRFLAG     17      /* true if poll_idle() is polling TIF_NEED_RESCHED */
 #define TIF_MEMDIE             18
 #define TIF_FREEZE             19      /* Freezing for suspend */
@@ -130,7 +130,6 @@ extern void free_thread_info(struct thread_info *ti);
 #define _TIF_SECCOMP           (1 << TIF_SECCOMP)
 #define _TIF_NOTIFY_RESUME     (1 << TIF_NOTIFY_RESUME)
 #define _TIF_SYSCALL_TRACEPOINT        (1 << TIF_SYSCALL_TRACEPOINT)
 #define _TIF_SECCOMP           (1 << TIF_SECCOMP)
 #define _TIF_NOTIFY_RESUME     (1 << TIF_NOTIFY_RESUME)
 #define _TIF_SYSCALL_TRACEPOINT        (1 << TIF_SYSCALL_TRACEPOINT)
-#define _TIF_USEDFPU           (1 << TIF_USEDFPU)
 #define _TIF_POLLING_NRFLAG    (1 << TIF_POLLING_NRFLAG)
 #define _TIF_FREEZE            (1 << TIF_FREEZE)
 
 #define _TIF_POLLING_NRFLAG    (1 << TIF_POLLING_NRFLAG)
 #define _TIF_FREEZE            (1 << TIF_FREEZE)
 
@@ -163,6 +162,7 @@ extern void free_thread_info(struct thread_info *ti);
  * have to worry about atomic accesses.
  */
 #define TS_RESTORE_SIGMASK     0x0001  /* restore signal mask in do_signal() */
  * have to worry about atomic accesses.
  */
 #define TS_RESTORE_SIGMASK     0x0001  /* restore signal mask in do_signal() */
+#define TS_USEDFPU             0x0002  /* FPU used by this task this quantum */
 
 #ifndef __ASSEMBLY__
 #define HAVE_SET_RESTORE_SIGMASK       1
 
 #ifndef __ASSEMBLY__
 #define HAVE_SET_RESTORE_SIGMASK       1
index 580d58b..ad9dfff 100644 (file)
@@ -311,12 +311,12 @@ asmlinkage void __init sh_cpu_init(void)
        if (fpu_disabled) {
                printk("FPU Disabled\n");
                current_cpu_data.flags &= ~CPU_HAS_FPU;
        if (fpu_disabled) {
                printk("FPU Disabled\n");
                current_cpu_data.flags &= ~CPU_HAS_FPU;
-               disable_fpu();
        }
 
        /* FPU initialization */
        }
 
        /* FPU initialization */
+       disable_fpu();
        if ((current_cpu_data.flags & CPU_HAS_FPU)) {
        if ((current_cpu_data.flags & CPU_HAS_FPU)) {
-               clear_thread_flag(TIF_USEDFPU);
+               current_thread_info()->status &= ~TS_USEDFPU;
                clear_used_math();
        }
 
                clear_used_math();
        }
 
index 6df2fb9..13817ee 100644 (file)
 
 /*
  * Save FPU registers onto task structure.
 
 /*
  * Save FPU registers onto task structure.
- * Assume called with FPU enabled (SR.FD=0).
  */
 void
  */
 void
-save_fpu(struct task_struct *tsk, struct pt_regs *regs)
+save_fpu(struct task_struct *tsk)
 {
        unsigned long dummy;
 
 {
        unsigned long dummy;
 
-       clear_tsk_thread_flag(tsk, TIF_USEDFPU);
        enable_fpu();
        asm volatile("sts.l     fpul, @-%0\n\t"
                     "sts.l     fpscr, @-%0\n\t"
        enable_fpu();
        asm volatile("sts.l     fpul, @-%0\n\t"
                     "sts.l     fpscr, @-%0\n\t"
@@ -60,7 +58,6 @@ save_fpu(struct task_struct *tsk, struct pt_regs *regs)
                     : "memory");
 
        disable_fpu();
                     : "memory");
 
        disable_fpu();
-       release_fpu(regs);
 }
 
 static void
 }
 
 static void
@@ -598,13 +595,13 @@ BUILD_TRAP_HANDLER(fpu_error)
        struct task_struct *tsk = current;
        TRAP_HANDLER_DECL;
 
        struct task_struct *tsk = current;
        TRAP_HANDLER_DECL;
 
-       save_fpu(tsk, regs);
+       __unlazy_fpu(tsk, regs);
        if (ieee_fpe_handler(regs)) {
                tsk->thread.fpu.hard.fpscr &=
                        ~(FPSCR_CAUSE_MASK | FPSCR_FLAG_MASK);
                grab_fpu(regs);
                restore_fpu(tsk);
        if (ieee_fpe_handler(regs)) {
                tsk->thread.fpu.hard.fpscr &=
                        ~(FPSCR_CAUSE_MASK | FPSCR_FLAG_MASK);
                grab_fpu(regs);
                restore_fpu(tsk);
-               set_tsk_thread_flag(tsk, TIF_USEDFPU);
+               task_thread_info(tsk)->status |= TS_USEDFPU;
                return;
        }
 
                return;
        }
 
@@ -630,5 +627,5 @@ BUILD_TRAP_HANDLER(fpu_state_restore)
                fpu_init();
                set_used_math();
        }
                fpu_init();
                set_used_math();
        }
-       set_tsk_thread_flag(tsk, TIF_USEDFPU);
+       task_thread_info(tsk)->status |= TS_USEDFPU;
 }
 }
index d79226f..e97857a 100644 (file)
@@ -41,13 +41,11 @@ static unsigned int fpu_exception_flags;
 
 /*
  * Save FPU registers onto task structure.
 
 /*
  * Save FPU registers onto task structure.
- * Assume called with FPU enabled (SR.FD=0).
  */
  */
-void save_fpu(struct task_struct *tsk, struct pt_regs *regs)
+void save_fpu(struct task_struct *tsk)
 {
        unsigned long dummy;
 
 {
        unsigned long dummy;
 
-       clear_tsk_thread_flag(tsk, TIF_USEDFPU);
        enable_fpu();
        asm volatile ("sts.l    fpul, @-%0\n\t"
                      "sts.l    fpscr, @-%0\n\t"
        enable_fpu();
        asm volatile ("sts.l    fpul, @-%0\n\t"
                      "sts.l    fpscr, @-%0\n\t"
@@ -92,7 +90,6 @@ void save_fpu(struct task_struct *tsk, struct pt_regs *regs)
                      :"memory");
 
        disable_fpu();
                      :"memory");
 
        disable_fpu();
-       release_fpu(regs);
 }
 
 static void restore_fpu(struct task_struct *tsk)
 }
 
 static void restore_fpu(struct task_struct *tsk)
@@ -285,7 +282,6 @@ static int ieee_fpe_handler(struct pt_regs *regs)
                /* fcnvsd */
                struct task_struct *tsk = current;
 
                /* fcnvsd */
                struct task_struct *tsk = current;
 
-               save_fpu(tsk, regs);
                if ((tsk->thread.fpu.hard.fpscr & FPSCR_CAUSE_ERROR))
                        /* FPU error */
                        denormal_to_double(&tsk->thread.fpu.hard,
                if ((tsk->thread.fpu.hard.fpscr & FPSCR_CAUSE_ERROR))
                        /* FPU error */
                        denormal_to_double(&tsk->thread.fpu.hard,
@@ -462,7 +458,7 @@ BUILD_TRAP_HANDLER(fpu_error)
        struct task_struct *tsk = current;
        TRAP_HANDLER_DECL;
 
        struct task_struct *tsk = current;
        TRAP_HANDLER_DECL;
 
-       save_fpu(tsk, regs);
+       __unlazy_fpu(tsk, regs);
        fpu_exception_flags = 0;
        if (ieee_fpe_handler(regs)) {
                tsk->thread.fpu.hard.fpscr &=
        fpu_exception_flags = 0;
        if (ieee_fpe_handler(regs)) {
                tsk->thread.fpu.hard.fpscr &=
@@ -473,7 +469,7 @@ BUILD_TRAP_HANDLER(fpu_error)
                tsk->thread.fpu.hard.fpscr |= (fpu_exception_flags >> 10);
                grab_fpu(regs);
                restore_fpu(tsk);
                tsk->thread.fpu.hard.fpscr |= (fpu_exception_flags >> 10);
                grab_fpu(regs);
                restore_fpu(tsk);
-               set_tsk_thread_flag(tsk, TIF_USEDFPU);
+               task_thread_info(tsk)->status |= TS_USEDFPU;
                if ((((tsk->thread.fpu.hard.fpscr & FPSCR_ENABLE_MASK) >> 7) &
                     (fpu_exception_flags >> 2)) == 0) {
                        return;
                if ((((tsk->thread.fpu.hard.fpscr & FPSCR_ENABLE_MASK) >> 7) &
                     (fpu_exception_flags >> 2)) == 0) {
                        return;
@@ -502,7 +498,7 @@ void fpu_state_restore(struct pt_regs *regs)
                fpu_init();
                set_used_math();
        }
                fpu_init();
                set_used_math();
        }
-       set_tsk_thread_flag(tsk, TIF_USEDFPU);
+       task_thread_info(tsk)->status |= TS_USEDFPU;
        tsk->fpu_counter++;
 }
 
        tsk->fpu_counter++;
 }
 
index 7733f5f..d721f92 100644 (file)
@@ -134,7 +134,10 @@ int kernel_thread(int (*fn)(void *), void * arg, unsigned long flags)
        regs.regs[5] = (unsigned long)fn;
 
        regs.pc = (unsigned long)kernel_thread_helper;
        regs.regs[5] = (unsigned long)fn;
 
        regs.pc = (unsigned long)kernel_thread_helper;
-       regs.sr = (1 << 30);
+       regs.sr = SR_MD;
+#if defined(CONFIG_SH_FPU)
+       regs.sr |= SR_FD;
+#endif
 
        /* Ok, create the new process.. */
        pid = do_fork(flags | CLONE_VM | CLONE_UNTRACED, 0,
 
        /* Ok, create the new process.. */
        pid = do_fork(flags | CLONE_VM | CLONE_UNTRACED, 0,
@@ -189,6 +192,15 @@ int dump_fpu(struct pt_regs *regs, elf_fpregset_t *fpu)
 }
 EXPORT_SYMBOL(dump_fpu);
 
 }
 EXPORT_SYMBOL(dump_fpu);
 
+/*
+ * This gets called before we allocate a new thread and copy
+ * the current task into it.
+ */
+void prepare_to_copy(struct task_struct *tsk)
+{
+       unlazy_fpu(tsk, task_pt_regs(tsk));
+}
+
 asmlinkage void ret_from_fork(void);
 
 int copy_thread(unsigned long clone_flags, unsigned long usp,
 asmlinkage void ret_from_fork(void);
 
 int copy_thread(unsigned long clone_flags, unsigned long usp,
@@ -197,16 +209,10 @@ int copy_thread(unsigned long clone_flags, unsigned long usp,
 {
        struct thread_info *ti = task_thread_info(p);
        struct pt_regs *childregs;
 {
        struct thread_info *ti = task_thread_info(p);
        struct pt_regs *childregs;
-#if defined(CONFIG_SH_FPU) || defined(CONFIG_SH_DSP)
+#if defined(CONFIG_SH_DSP)
        struct task_struct *tsk = current;
 #endif
 
        struct task_struct *tsk = current;
 #endif
 
-#if defined(CONFIG_SH_FPU)
-       unlazy_fpu(tsk, regs);
-       p->thread.fpu = tsk->thread.fpu;
-       copy_to_stopped_child_used_math(p);
-#endif
-
 #if defined(CONFIG_SH_DSP)
        if (is_dsp_enabled(tsk)) {
                /* We can use the __save_dsp or just copy the struct:
 #if defined(CONFIG_SH_DSP)
        if (is_dsp_enabled(tsk)) {
                /* We can use the __save_dsp or just copy the struct:
@@ -226,6 +232,8 @@ int copy_thread(unsigned long clone_flags, unsigned long usp,
        } else {
                childregs->regs[15] = (unsigned long)childregs;
                ti->addr_limit = KERNEL_DS;
        } else {
                childregs->regs[15] = (unsigned long)childregs;
                ti->addr_limit = KERNEL_DS;
+               ti->status &= ~TS_USEDFPU;
+               p->fpu_counter = 0;
        }
 
        if (clone_flags & CLONE_SETTLS)
        }
 
        if (clone_flags & CLONE_SETTLS)
index ac2d7ab..d6c15ca 100644 (file)
@@ -558,7 +558,7 @@ static int ieee_fpe_handler(struct pt_regs *regs)
                                            (finsn >> 8) & 0xf);
                        tsk->thread.fpu.hard.fpscr &=
                                ~(FPSCR_CAUSE_MASK | FPSCR_FLAG_MASK);
                                            (finsn >> 8) & 0xf);
                        tsk->thread.fpu.hard.fpscr &=
                                ~(FPSCR_CAUSE_MASK | FPSCR_FLAG_MASK);
-                       set_tsk_thread_flag(tsk, TIF_USEDFPU);
+                       task_thread_info(tsk)->status |= TS_USEDFPU;
                } else {
                        info.si_signo = SIGFPE;
                        info.si_errno = 0;
                } else {
                        info.si_signo = SIGFPE;
                        info.si_errno = 0;
@@ -619,10 +619,10 @@ int do_fpu_inst(unsigned short inst, struct pt_regs *regs)
        struct task_struct *tsk = current;
        struct sh_fpu_soft_struct *fpu = &(tsk->thread.fpu.soft);
 
        struct task_struct *tsk = current;
        struct sh_fpu_soft_struct *fpu = &(tsk->thread.fpu.soft);
 
-       if (!test_tsk_thread_flag(tsk, TIF_USEDFPU)) {
+       if (!(task_thread_info(tsk)->status & TS_USEDFPU)) {
                /* initialize once. */
                fpu_init(fpu);
                /* initialize once. */
                fpu_init(fpu);
-               set_tsk_thread_flag(tsk, TIF_USEDFPU);
+               task_thread_info(tsk)->status |= TS_USEDFPU;
        }
 
        return fpu_emulate(inst, fpu, regs);
        }
 
        return fpu_emulate(inst, fpu, regs);