在Linux内核中使用浮点

我正在阅读Robert Love的“ Linux内核开发”，并且遇到了以下段落：

无需（轻松）使用浮点数

当用户空间进程使用浮点指令时，内核将管理从整数到浮点模式的转换。内核在使用浮点指令时必须执行的操作因体系结构而异，但是内核通常会捕获陷阱，然后启动从整数模式到浮点模式的转换。

与用户空间不同，内核没有对浮点的无缝支持的奢侈之处，因为它无法轻易地陷入陷阱。在内核内部使用浮点数需要手动保存和恢复浮点数寄存器，以及其他可能的琐事。简短的答案是：不要这样做！除了极少数情况，内核中没有浮点运算。

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体系结构（例如x86）上，还是特定于某些更特殊的环境？从进程和内核的角度来看，从整数模式到浮点模式的转换到底需要什么？

因为...

• 许多程序不使用浮点数，或在任何给定的时间段不使用浮点数；和
• 保存FPU寄存器和其他FPU状态需要花费时间；因此

...一个OS内核可能只是关闭了FPU。Presto，无状态可保存和恢复，因此上下文切换速度更快。（这就是该模式的含义，仅表示已启用FPU。）

如果程序尝试使用FPU op，则该程序将陷入内核，内核将打开FPU，还原可能已经存在的所有保存状态，然后返回以重新执行FPU op。

在上下文切换时，它知道实际上要经过状态保存逻辑。（然后它可能会再次关闭FPU。）

顺便说一句，我相信本书对内核（而不仅仅是Linux）避免FPU操作的解释并不十分准确。^1个

内核可以陷入自身，并在很多方面做到这一点。（计时器，页面错误，设备中断等）。真正的原因是内核特别不需要FPU操作，并且还需要在完全没有FPU的体系结构上运行。因此，它通过不执行总是有其他软件解决方案的操作，从而避免了管理自己的FPU上下文所需的复杂性和运行时间。

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

对于某些内核设计，当“内核”或“系统”任务被任务切换出时，不会保存浮点寄存器。（这是因为FP寄存器很大，并且需要花费时间和空间来保存。）因此，如果您尝试使用FP，则这些值将随机变为“伪”。

另外，一些硬件浮点方案依靠内核通过陷阱来处理“奇数”情况（例如零除），并且所需的陷阱机制可能处于比当前内核任务正在运行的更高的“级别”。

由于这些原因（以及其他一些原因），当您在任务中首次使用FP指令时，某些硬件FP方案将被捕获。如果您被允许使用FP，则在任务中打开浮点标志，否则，射击队将您射击。