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x86: Optimize memchr-avx2.S
authorNoah Goldstein <goldstein.w.n@gmail.com>
Mon, 3 May 2021 07:01:58 +0000 (03:01 -0400)
committerH.J. Lu <hjl.tools@gmail.com>
Fri, 28 Jan 2022 00:25:37 +0000 (16:25 -0800)
No bug. This commit optimizes memchr-avx2.S. The optimizations include
replacing some branches with cmovcc, avoiding some branches entirely
in the less_4x_vec case, making the page cross logic less strict,
asaving a few instructions the in loop return loop. test-memchr,
test-rawmemchr, and test-wmemchr are all passing.

Signed-off-by: Noah Goldstein <goldstein.w.n@gmail.com>
Reviewed-by: H.J. Lu <hjl.tools@gmail.com>
(cherry picked from commit acfd088a1963ba51cd83c78f95c0ab25ead79e04)

sysdeps/x86_64/multiarch/memchr-avx2.S

index ba9f2f67b0012e8dfa0197e9d5032021206ca04d..8683d9d54517dee04d8689c3aa2374bedc5083db 100644 (file)
 
 # ifdef USE_AS_WMEMCHR
 #  define VPCMPEQ      vpcmpeqd
+#  define VPBROADCAST  vpbroadcastd
+#  define CHAR_SIZE    4
 # else
 #  define VPCMPEQ      vpcmpeqb
+#  define VPBROADCAST  vpbroadcastb
+#  define CHAR_SIZE    1
+# endif
+
+# ifdef USE_AS_RAWMEMCHR
+#  define ERAW_PTR_REG ecx
+#  define RRAW_PTR_REG rcx
+#  define ALGN_PTR_REG rdi
+# else
+#  define ERAW_PTR_REG edi
+#  define RRAW_PTR_REG rdi
+#  define ALGN_PTR_REG rcx
 # endif
 
 # ifndef VZEROUPPER
@@ -39,6 +53,7 @@
 # endif
 
 # define VEC_SIZE 32
+# define PAGE_SIZE 4096
 
        .section SECTION(.text),"ax",@progbits
 ENTRY (MEMCHR)
@@ -47,295 +62,349 @@ ENTRY (MEMCHR)
        test    %RDX_LP, %RDX_LP
        jz      L(null)
 # endif
-       movl    %edi, %ecx
-       /* Broadcast CHAR to YMM0.  */
-       vmovd   %esi, %xmm0
 # ifdef USE_AS_WMEMCHR
        shl     $2, %RDX_LP
-       vpbroadcastd %xmm0, %ymm0
 # else
 #  ifdef __ILP32__
        /* Clear the upper 32 bits.  */
        movl    %edx, %edx
 #  endif
-       vpbroadcastb %xmm0, %ymm0
 # endif
+       /* Broadcast CHAR to YMMMATCH.  */
+       vmovd   %esi, %xmm0
+       VPBROADCAST %xmm0, %ymm0
        /* Check if we may cross page boundary with one vector load.  */
-       andl    $(2 * VEC_SIZE - 1), %ecx
-       cmpl    $VEC_SIZE, %ecx
-       ja      L(cros_page_boundary)
+       movl    %edi, %eax
+       andl    $(PAGE_SIZE - 1), %eax
+       cmpl    $(PAGE_SIZE - VEC_SIZE), %eax
+       ja      L(cross_page_boundary)
 
        /* Check the first VEC_SIZE bytes.  */
-       VPCMPEQ (%rdi), %ymm0, %ymm1
+       VPCMPEQ (%rdi), %ymm0, %ymm1
        vpmovmskb %ymm1, %eax
-       testl   %eax, %eax
-
 # ifndef USE_AS_RAWMEMCHR
-       jnz     L(first_vec_x0_check)
-       /* Adjust length and check the end of data.  */
-       subq    $VEC_SIZE, %rdx
-       jbe     L(zero)
-# else
-       jnz     L(first_vec_x0)
+       /* If length < CHAR_PER_VEC handle special.  */
+       cmpq    $VEC_SIZE, %rdx
+       jbe     L(first_vec_x0)
 # endif
-
-       /* Align data for aligned loads in the loop.  */
-       addq    $VEC_SIZE, %rdi
-       andl    $(VEC_SIZE - 1), %ecx
-       andq    $-VEC_SIZE, %rdi
+       testl   %eax, %eax
+       jz      L(aligned_more)
+       tzcntl  %eax, %eax
+       addq    %rdi, %rax
+       VZEROUPPER_RETURN
 
 # ifndef USE_AS_RAWMEMCHR
-       /* Adjust length.  */
-       addq    %rcx, %rdx
+       .p2align 5
+L(first_vec_x0):
+       /* Check if first match was before length.  */
+       tzcntl  %eax, %eax
+       xorl    %ecx, %ecx
+       cmpl    %eax, %edx
+       leaq    (%rdi, %rax), %rax
+       cmovle  %rcx, %rax
+       VZEROUPPER_RETURN
 
-       subq    $(VEC_SIZE * 4), %rdx
-       jbe     L(last_4x_vec_or_less)
+L(null):
+       xorl    %eax, %eax
+       ret
 # endif
-       jmp     L(more_4x_vec)
-
        .p2align 4
-L(cros_page_boundary):
-       andl    $(VEC_SIZE - 1), %ecx
-       andq    $-VEC_SIZE, %rdi
-       VPCMPEQ (%rdi), %ymm0, %ymm1
+L(cross_page_boundary):
+       /* Save pointer before aligning as its original value is necessary
+          for computer return address if byte is found or adjusting length
+          if it is not and this is memchr.  */
+       movq    %rdi, %rcx
+       /* Align data to VEC_SIZE - 1. ALGN_PTR_REG is rcx for memchr and
+          rdi for rawmemchr.  */
+       orq     $(VEC_SIZE - 1), %ALGN_PTR_REG
+       VPCMPEQ -(VEC_SIZE - 1)(%ALGN_PTR_REG), %ymm0, %ymm1
        vpmovmskb %ymm1, %eax
+# ifndef USE_AS_RAWMEMCHR
+       /* Calculate length until end of page (length checked for a
+          match).  */
+       leaq    1(%ALGN_PTR_REG), %rsi
+       subq    %RRAW_PTR_REG, %rsi
+# endif
        /* Remove the leading bytes.  */
-       sarl    %cl, %eax
-       testl   %eax, %eax
-       jz      L(aligned_more)
-       tzcntl  %eax, %eax
+       sarxl   %ERAW_PTR_REG, %eax, %eax
 # ifndef USE_AS_RAWMEMCHR
        /* Check the end of data.  */
-       cmpq    %rax, %rdx
-       jbe     L(zero)
+       cmpq    %rsi, %rdx
+       jbe     L(first_vec_x0)
 # endif
-       addq    %rdi, %rax
-       addq    %rcx, %rax
+       testl   %eax, %eax
+       jz      L(cross_page_continue)
+       tzcntl  %eax, %eax
+       addq    %RRAW_PTR_REG, %rax
 L(return_vzeroupper):
        ZERO_UPPER_VEC_REGISTERS_RETURN
 
        .p2align 4
-L(aligned_more):
-# ifndef USE_AS_RAWMEMCHR
-        /* Calculate "rdx + rcx - VEC_SIZE" with "rdx - (VEC_SIZE - rcx)"
-          instead of "(rdx + rcx) - VEC_SIZE" to void possible addition
-          overflow.  */
-       negq    %rcx
-       addq    $VEC_SIZE, %rcx
+L(first_vec_x1):
+       tzcntl  %eax, %eax
+       incq    %rdi
+       addq    %rdi, %rax
+       VZEROUPPER_RETURN
 
-       /* Check the end of data.  */
-       subq    %rcx, %rdx
-       jbe     L(zero)
-# endif
+       .p2align 4
+L(first_vec_x2):
+       tzcntl  %eax, %eax
+       addq    $(VEC_SIZE + 1), %rdi
+       addq    %rdi, %rax
+       VZEROUPPER_RETURN
+
+       .p2align 4
+L(first_vec_x3):
+       tzcntl  %eax, %eax
+       addq    $(VEC_SIZE * 2 + 1), %rdi
+       addq    %rdi, %rax
+       VZEROUPPER_RETURN
 
-       addq    $VEC_SIZE, %rdi
 
-# ifndef USE_AS_RAWMEMCHR
-       subq    $(VEC_SIZE * 4), %rdx
-       jbe     L(last_4x_vec_or_less)
-# endif
+       .p2align 4
+L(first_vec_x4):
+       tzcntl  %eax, %eax
+       addq    $(VEC_SIZE * 3 + 1), %rdi
+       addq    %rdi, %rax
+       VZEROUPPER_RETURN
 
-L(more_4x_vec):
+       .p2align 4
+L(aligned_more):
        /* Check the first 4 * VEC_SIZE.  Only one VEC_SIZE at a time
           since data is only aligned to VEC_SIZE.  */
-       VPCMPEQ (%rdi), %ymm0, %ymm1
-       vpmovmskb %ymm1, %eax
-       testl   %eax, %eax
-       jnz     L(first_vec_x0)
 
-       VPCMPEQ VEC_SIZE(%rdi), %ymm0, %ymm1
+# ifndef USE_AS_RAWMEMCHR
+L(cross_page_continue):
+       /* Align data to VEC_SIZE - 1.  */
+       xorl    %ecx, %ecx
+       subl    %edi, %ecx
+       orq     $(VEC_SIZE - 1), %rdi
+       /* esi is for adjusting length to see if near the end.  */
+       leal    (VEC_SIZE * 4 + 1)(%rdi, %rcx), %esi
+# else
+       orq     $(VEC_SIZE - 1), %rdi
+L(cross_page_continue):
+# endif
+       /* Load first VEC regardless.  */
+       VPCMPEQ 1(%rdi), %ymm0, %ymm1
        vpmovmskb %ymm1, %eax
+# ifndef USE_AS_RAWMEMCHR
+       /* Adjust length. If near end handle specially.  */
+       subq    %rsi, %rdx
+       jbe     L(last_4x_vec_or_less)
+# endif
        testl   %eax, %eax
        jnz     L(first_vec_x1)
 
-       VPCMPEQ (VEC_SIZE * 2)(%rdi), %ymm0, %ymm1
+       VPCMPEQ (VEC_SIZE + 1)(%rdi), %ymm0, %ymm1
        vpmovmskb %ymm1, %eax
        testl   %eax, %eax
        jnz     L(first_vec_x2)
 
-       VPCMPEQ (VEC_SIZE * 3)(%rdi), %ymm0, %ymm1
+       VPCMPEQ (VEC_SIZE * 2 + 1)(%rdi), %ymm0, %ymm1
        vpmovmskb %ymm1, %eax
        testl   %eax, %eax
        jnz     L(first_vec_x3)
 
-       addq    $(VEC_SIZE * 4), %rdi
+       VPCMPEQ (VEC_SIZE * 3 + 1)(%rdi), %ymm0, %ymm1
+       vpmovmskb %ymm1, %eax
+       testl   %eax, %eax
+       jnz     L(first_vec_x4)
 
 # ifndef USE_AS_RAWMEMCHR
+       /* Check if at last VEC_SIZE * 4 length.  */
        subq    $(VEC_SIZE * 4), %rdx
-       jbe     L(last_4x_vec_or_less)
-# endif
-
-       /* Align data to 4 * VEC_SIZE.  */
-       movq    %rdi, %rcx
-       andl    $(4 * VEC_SIZE - 1), %ecx
-       andq    $-(4 * VEC_SIZE), %rdi
-
-# ifndef USE_AS_RAWMEMCHR
-       /* Adjust length.  */
+       jbe     L(last_4x_vec_or_less_cmpeq)
+       /* Align data to VEC_SIZE * 4 - 1 for the loop and readjust
+          length.  */
+       incq    %rdi
+       movl    %edi, %ecx
+       orq     $(VEC_SIZE * 4 - 1), %rdi
+       andl    $(VEC_SIZE * 4 - 1), %ecx
        addq    %rcx, %rdx
+# else
+       /* Align data to VEC_SIZE * 4 - 1 for loop.  */
+       incq    %rdi
+       orq     $(VEC_SIZE * 4 - 1), %rdi
 # endif
 
+       /* Compare 4 * VEC at a time forward.  */
        .p2align 4
 L(loop_4x_vec):
-       /* Compare 4 * VEC at a time forward.  */
-       VPCMPEQ (%rdi), %ymm0, %ymm1
-       VPCMPEQ VEC_SIZE(%rdi), %ymm0, %ymm2
-       VPCMPEQ (VEC_SIZE * 2)(%rdi), %ymm0, %ymm3
-       VPCMPEQ (VEC_SIZE * 3)(%rdi), %ymm0, %ymm4
-
+       VPCMPEQ 1(%rdi), %ymm0, %ymm1
+       VPCMPEQ (VEC_SIZE + 1)(%rdi), %ymm0, %ymm2
+       VPCMPEQ (VEC_SIZE * 2 + 1)(%rdi), %ymm0, %ymm3
+       VPCMPEQ (VEC_SIZE * 3 + 1)(%rdi), %ymm0, %ymm4
        vpor    %ymm1, %ymm2, %ymm5
        vpor    %ymm3, %ymm4, %ymm6
        vpor    %ymm5, %ymm6, %ymm5
 
-       vpmovmskb %ymm5, %eax
-       testl   %eax, %eax
-       jnz     L(4x_vec_end)
-
-       addq    $(VEC_SIZE * 4), %rdi
-
+       vpmovmskb %ymm5, %ecx
 # ifdef USE_AS_RAWMEMCHR
-       jmp     L(loop_4x_vec)
+       subq    $-(VEC_SIZE * 4), %rdi
+       testl   %ecx, %ecx
+       jz      L(loop_4x_vec)
 # else
-       subq    $(VEC_SIZE * 4), %rdx
-       ja      L(loop_4x_vec)
+       testl   %ecx, %ecx
+       jnz     L(loop_4x_vec_end)
 
-L(last_4x_vec_or_less):
-       /* Less than 4 * VEC and aligned to VEC_SIZE.  */
-       addl    $(VEC_SIZE * 2), %edx
-       jle     L(last_2x_vec)
+       subq    $-(VEC_SIZE * 4), %rdi
 
-       VPCMPEQ (%rdi), %ymm0, %ymm1
-       vpmovmskb %ymm1, %eax
-       testl   %eax, %eax
-       jnz     L(first_vec_x0)
+       subq    $(VEC_SIZE * 4), %rdx
+       ja      L(loop_4x_vec)
 
-       VPCMPEQ VEC_SIZE(%rdi), %ymm0, %ymm1
+       /* Fall through into less than 4 remaining vectors of length case.
+        */
+       VPCMPEQ (VEC_SIZE * 0 + 1)(%rdi), %ymm0, %ymm1
        vpmovmskb %ymm1, %eax
+       .p2align 4
+L(last_4x_vec_or_less):
+       /* Check if first VEC contained match.  */
        testl   %eax, %eax
-       jnz     L(first_vec_x1)
+       jnz     L(first_vec_x1_check)
 
-       VPCMPEQ (VEC_SIZE * 2)(%rdi), %ymm0, %ymm1
-       vpmovmskb %ymm1, %eax
-       testl   %eax, %eax
+       /* If remaining length > VEC_SIZE * 2.  */
+       addl    $(VEC_SIZE * 2), %edx
+       jg      L(last_4x_vec)
 
-       jnz     L(first_vec_x2_check)
-       subl    $VEC_SIZE, %edx
-       jle     L(zero)
+L(last_2x_vec):
+       /* If remaining length < VEC_SIZE.  */
+       addl    $VEC_SIZE, %edx
+       jle     L(zero_end)
 
-       VPCMPEQ (VEC_SIZE * 3)(%rdi), %ymm0, %ymm1
+       /* Check VEC2 and compare any match with remaining length.  */
+       VPCMPEQ (VEC_SIZE + 1)(%rdi), %ymm0, %ymm1
        vpmovmskb %ymm1, %eax
-       testl   %eax, %eax
-
-       jnz     L(first_vec_x3_check)
-       xorl    %eax, %eax
+       tzcntl  %eax, %eax
+       cmpl    %eax, %edx
+       jbe     L(set_zero_end)
+       addq    $(VEC_SIZE + 1), %rdi
+       addq    %rdi, %rax
+L(zero_end):
        VZEROUPPER_RETURN
 
        .p2align 4
-L(last_2x_vec):
-       addl    $(VEC_SIZE * 2), %edx
-       VPCMPEQ (%rdi), %ymm0, %ymm1
+L(loop_4x_vec_end):
+# endif
+       /* rawmemchr will fall through into this if match was found in
+          loop.  */
+
        vpmovmskb %ymm1, %eax
        testl   %eax, %eax
+       jnz     L(last_vec_x1_return)
 
-       jnz     L(first_vec_x0_check)
-       subl    $VEC_SIZE, %edx
-       jle     L(zero)
-
-       VPCMPEQ VEC_SIZE(%rdi), %ymm0, %ymm1
-       vpmovmskb %ymm1, %eax
+       vpmovmskb %ymm2, %eax
        testl   %eax, %eax
-       jnz     L(first_vec_x1_check)
-       xorl    %eax, %eax
-       VZEROUPPER_RETURN
+       jnz     L(last_vec_x2_return)
 
-       .p2align 4
-L(first_vec_x0_check):
-       tzcntl  %eax, %eax
-       /* Check the end of data.  */
-       cmpq    %rax, %rdx
-       jbe     L(zero)
+       vpmovmskb %ymm3, %eax
+       /* Combine VEC3 matches (eax) with VEC4 matches (ecx).  */
+       salq    $32, %rcx
+       orq     %rcx, %rax
+       tzcntq  %rax, %rax
+# ifdef USE_AS_RAWMEMCHR
+       subq    $(VEC_SIZE * 2 - 1), %rdi
+# else
+       subq    $-(VEC_SIZE * 2 + 1), %rdi
+# endif
        addq    %rdi, %rax
        VZEROUPPER_RETURN
+# ifndef USE_AS_RAWMEMCHR
 
        .p2align 4
 L(first_vec_x1_check):
        tzcntl  %eax, %eax
-       /* Check the end of data.  */
-       cmpq    %rax, %rdx
-       jbe     L(zero)
-       addq    $VEC_SIZE, %rax
+       /* Adjust length.  */
+       subl    $-(VEC_SIZE * 4), %edx
+       /* Check if match within remaining length.  */
+       cmpl    %eax, %edx
+       jbe     L(set_zero_end)
+       incq    %rdi
        addq    %rdi, %rax
        VZEROUPPER_RETURN
+       .p2align 4
+L(set_zero_end):
+       xorl    %eax, %eax
+       VZEROUPPER_RETURN
+# endif
 
        .p2align 4
-L(first_vec_x2_check):
+L(last_vec_x1_return):
        tzcntl  %eax, %eax
-       /* Check the end of data.  */
-       cmpq    %rax, %rdx
-       jbe     L(zero)
-       addq    $(VEC_SIZE * 2), %rax
+# ifdef USE_AS_RAWMEMCHR
+       subq    $(VEC_SIZE * 4 - 1), %rdi
+# else
+       incq    %rdi
+# endif
        addq    %rdi, %rax
        VZEROUPPER_RETURN
 
        .p2align 4
-L(first_vec_x3_check):
+L(last_vec_x2_return):
        tzcntl  %eax, %eax
-       /* Check the end of data.  */
-       cmpq    %rax, %rdx
-       jbe     L(zero)
-       addq    $(VEC_SIZE * 3), %rax
+# ifdef USE_AS_RAWMEMCHR
+       subq    $(VEC_SIZE * 3 - 1), %rdi
+# else
+       subq    $-(VEC_SIZE + 1), %rdi
+# endif
        addq    %rdi, %rax
        VZEROUPPER_RETURN
 
+# ifndef USE_AS_RAWMEMCHR
        .p2align 4
-L(zero):
-       xorl    %eax, %eax
-       jmp     L(return_vzeroupper)
+L(last_4x_vec_or_less_cmpeq):
+       VPCMPEQ (VEC_SIZE * 4 + 1)(%rdi), %ymm0, %ymm1
+       vpmovmskb %ymm1, %eax
+       subq    $-(VEC_SIZE * 4), %rdi
+       /* Check first VEC regardless.  */
+       testl   %eax, %eax
+       jnz     L(first_vec_x1_check)
 
+       /* If remaining length <= CHAR_PER_VEC * 2.  */
+       addl    $(VEC_SIZE * 2), %edx
+       jle     L(last_2x_vec)
        .p2align 4
-L(null):
-       xorl    %eax, %eax
-       ret
-# endif
+L(last_4x_vec):
+       VPCMPEQ (VEC_SIZE + 1)(%rdi), %ymm0, %ymm1
+       vpmovmskb %ymm1, %eax
+       testl   %eax, %eax
+       jnz     L(last_vec_x2_return)
 
-       .p2align 4
-L(first_vec_x0):
-       tzcntl  %eax, %eax
-       addq    %rdi, %rax
-       VZEROUPPER_RETURN
+       VPCMPEQ (VEC_SIZE * 2 + 1)(%rdi), %ymm0, %ymm1
+       vpmovmskb %ymm1, %eax
 
-       .p2align 4
-L(first_vec_x1):
-       tzcntl  %eax, %eax
-       addq    $VEC_SIZE, %rax
-       addq    %rdi, %rax
-       VZEROUPPER_RETURN
+       /* Create mask for possible matches within remaining length.  */
+       movq    $-1, %rcx
+       bzhiq   %rdx, %rcx, %rcx
 
-       .p2align 4
-L(first_vec_x2):
+       /* Test matches in data against length match.  */
+       andl    %ecx, %eax
+       jnz     L(last_vec_x3)
+
+       /* if remaining length <= VEC_SIZE * 3 (Note this is after
+          remaining length was found to be > VEC_SIZE * 2.  */
+       subl    $VEC_SIZE, %edx
+       jbe     L(zero_end2)
+
+       VPCMPEQ (VEC_SIZE * 3 + 1)(%rdi), %ymm0, %ymm1
+       vpmovmskb %ymm1, %eax
+       /* Shift remaining length mask for last VEC.  */
+       shrq    $32, %rcx
+       andl    %ecx, %eax
+       jz      L(zero_end2)
        tzcntl  %eax, %eax
-       addq    $(VEC_SIZE * 2), %rax
+       addq    $(VEC_SIZE * 3 + 1), %rdi
        addq    %rdi, %rax
+L(zero_end2):
        VZEROUPPER_RETURN
 
        .p2align 4
-L(4x_vec_end):
-       vpmovmskb %ymm1, %eax
-       testl   %eax, %eax
-       jnz     L(first_vec_x0)
-       vpmovmskb %ymm2, %eax
-       testl   %eax, %eax
-       jnz     L(first_vec_x1)
-       vpmovmskb %ymm3, %eax
-       testl   %eax, %eax
-       jnz     L(first_vec_x2)
-       vpmovmskb %ymm4, %eax
-       testl   %eax, %eax
-L(first_vec_x3):
+L(last_vec_x3):
        tzcntl  %eax, %eax
-       addq    $(VEC_SIZE * 3), %rax
+       subq    $-(VEC_SIZE * 2 + 1), %rdi
        addq    %rdi, %rax
        VZEROUPPER_RETURN
+# endif
 
 END (MEMCHR)
 #endif