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x86_64: Implement evex512 version of strlen, strnlen, wcslen and wcsnlen
authorSunil K Pandey <skpgkp2@gmail.com>
Mon, 28 Feb 2022 00:39:47 +0000 (16:39 -0800)
committerSunil K Pandey <skpgkp2@gmail.com>
Thu, 26 May 2022 20:11:36 +0000 (13:11 -0700)
This patch implements following evex512 version of string functions.
Perf gain for evex512 version is up to 50% as compared to evex,
depending on length and alignment.

Placeholder function, not used by any processor at the moment.

- String length function using 512 bit vectors.
- String N length using 512 bit vectors.
- Wide string length using 512 bit vectors.
- Wide string N length using 512 bit vectors.

Reviewed-by: Noah Goldstein <goldstein.w.n@gmail.com>
sysdeps/x86_64/multiarch/Makefile
sysdeps/x86_64/multiarch/ifunc-impl-list.c
sysdeps/x86_64/multiarch/strlen-evex-base.S [new file with mode: 0644]
sysdeps/x86_64/multiarch/strlen-evex512.S [new file with mode: 0644]
sysdeps/x86_64/multiarch/strnlen-evex512.S [new file with mode: 0644]
sysdeps/x86_64/multiarch/wcslen-evex512.S [new file with mode: 0644]
sysdeps/x86_64/multiarch/wcsnlen-evex512.S [new file with mode: 0644]

index f3ab5e0928fb89e03056831a4642a2c259b05e05..d0869c3ac388be8f2e708435794e399291db67cd 100644 (file)
@@ -81,6 +81,7 @@ sysdep_routines += \
   strlen-avx2 \
   strlen-avx2-rtm \
   strlen-evex \
+  strlen-evex512 \
   strlen-sse2 \
   strncase_l-avx2 \
   strncase_l-avx2-rtm \
@@ -105,6 +106,7 @@ sysdep_routines += \
   strnlen-avx2 \
   strnlen-avx2-rtm \
   strnlen-evex \
+  strnlen-evex512 \
   strnlen-sse2 \
   strpbrk-c \
   strpbrk-sse2 \
@@ -138,6 +140,7 @@ sysdep_routines += \
   wcslen-avx2 \
   wcslen-avx2-rtm \
   wcslen-evex \
+  wcslen-evex512 \
   wcslen-sse2 \
   wcslen-sse4_1 \
   wcsncmp-avx2 \
@@ -148,6 +151,7 @@ sysdep_routines += \
   wcsnlen-avx2-rtm \
   wcsnlen-c \
   wcsnlen-evex \
+  wcsnlen-evex512 \
   wcsnlen-sse4_1 \
   wcsrchr-avx2 \
   wcsrchr-avx2-rtm \
index 7218095430a344bc2bb9e7038f96d3f89a4b5cba..c5cd9466fe0f3fe1d569a276716817be69f106fb 100644 (file)
@@ -328,6 +328,11 @@ __libc_ifunc_impl_list (const char *name, struct libc_ifunc_impl *array,
                               && CPU_FEATURE_USABLE (AVX512BW)
                               && CPU_FEATURE_USABLE (BMI2)),
                              __strlen_evex)
+             IFUNC_IMPL_ADD (array, i, strlen,
+                             (CPU_FEATURE_USABLE (AVX512VL)
+                              && CPU_FEATURE_USABLE (AVX512BW)
+                              && CPU_FEATURE_USABLE (BMI2)),
+                             __strlen_evex512)
              IFUNC_IMPL_ADD (array, i, strlen, 1, __strlen_sse2))
 
   /* Support sysdeps/x86_64/multiarch/strnlen.c.  */
@@ -346,6 +351,11 @@ __libc_ifunc_impl_list (const char *name, struct libc_ifunc_impl *array,
                               && CPU_FEATURE_USABLE (AVX512BW)
                               && CPU_FEATURE_USABLE (BMI2)),
                              __strnlen_evex)
+             IFUNC_IMPL_ADD (array, i, strnlen,
+                             (CPU_FEATURE_USABLE (AVX512VL)
+                              && CPU_FEATURE_USABLE (AVX512BW)
+                              && CPU_FEATURE_USABLE (BMI2)),
+                             __strnlen_evex512)
              IFUNC_IMPL_ADD (array, i, strnlen, 1, __strnlen_sse2))
 
   /* Support sysdeps/x86_64/multiarch/stpncpy.c.  */
@@ -699,6 +709,11 @@ __libc_ifunc_impl_list (const char *name, struct libc_ifunc_impl *array,
                               && CPU_FEATURE_USABLE (AVX512BW)
                               && CPU_FEATURE_USABLE (BMI2)),
                              __wcslen_evex)
+             IFUNC_IMPL_ADD (array, i, wcslen,
+                             (CPU_FEATURE_USABLE (AVX512VL)
+                              && CPU_FEATURE_USABLE (AVX512BW)
+                              && CPU_FEATURE_USABLE (BMI2)),
+                             __wcslen_evex512)
              IFUNC_IMPL_ADD (array, i, wcslen,
                              CPU_FEATURE_USABLE (SSE4_1),
                              __wcslen_sse4_1)
@@ -720,6 +735,11 @@ __libc_ifunc_impl_list (const char *name, struct libc_ifunc_impl *array,
                               && CPU_FEATURE_USABLE (AVX512BW)
                               && CPU_FEATURE_USABLE (BMI2)),
                              __wcsnlen_evex)
+             IFUNC_IMPL_ADD (array, i, wcsnlen,
+                             (CPU_FEATURE_USABLE (AVX512VL)
+                              && CPU_FEATURE_USABLE (AVX512BW)
+                              && CPU_FEATURE_USABLE (BMI2)),
+                             __wcsnlen_evex512)
              IFUNC_IMPL_ADD (array, i, wcsnlen,
                              CPU_FEATURE_USABLE (SSE4_1),
                              __wcsnlen_sse4_1)
diff --git a/sysdeps/x86_64/multiarch/strlen-evex-base.S b/sysdeps/x86_64/multiarch/strlen-evex-base.S
new file mode 100644 (file)
index 0000000..278c899
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,302 @@
+/* Placeholder function, not used by any processor at the moment.
+   Copyright (C) 2022 Free Software Foundation, Inc.
+   This file is part of the GNU C Library.
+
+   The GNU C Library is free software; you can redistribute it and/or
+   modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
+   License as published by the Free Software Foundation; either
+   version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
+
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+   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
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+   Lesser General Public License for more details.
+
+   You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
+   License along with the GNU C Library; if not, see
+   <https://www.gnu.org/licenses/>.  */
+
+#if IS_IN (libc)
+
+# include <sysdep.h>
+
+# ifdef USE_AS_WCSLEN
+#  define VPCMP                vpcmpd
+#  define VPTESTN      vptestnmd
+#  define VPMINU       vpminud
+#  define CHAR_SIZE    4
+# else
+#  define VPCMP                vpcmpb
+#  define VPTESTN      vptestnmb
+#  define VPMINU       vpminub
+#  define CHAR_SIZE    1
+# endif
+
+# define XMM0          xmm16
+# define PAGE_SIZE     4096
+# define CHAR_PER_VEC  (VEC_SIZE / CHAR_SIZE)
+
+# if VEC_SIZE == 64
+#  define KMOV         kmovq
+#  define KORTEST      kortestq
+#  define RAX          rax
+#  define RCX          rcx
+#  define RDX          rdx
+#  define SHR          shrq
+#  define TEXTSUFFIX   evex512
+#  define VMM0         zmm16
+#  define VMM1         zmm17
+#  define VMM2         zmm18
+#  define VMM3         zmm19
+#  define VMM4         zmm20
+#  define VMOVA                vmovdqa64
+# elif VEC_SIZE == 32
+/* Currently Unused.  */
+#  define KMOV         kmovd
+#  define KORTEST      kortestd
+#  define RAX          eax
+#  define RCX          ecx
+#  define RDX          edx
+#  define SHR          shrl
+#  define TEXTSUFFIX   evex256
+#  define VMM0         ymm16
+#  define VMM1         ymm17
+#  define VMM2         ymm18
+#  define VMM3         ymm19
+#  define VMM4         ymm20
+#  define VMOVA                vmovdqa32
+# endif
+
+       .section .text.TEXTSUFFIX, "ax", @progbits
+/* Aligning entry point to 64 byte, provides better performance for
+   one vector length string.  */
+ENTRY_P2ALIGN (STRLEN, 6)
+# ifdef USE_AS_STRNLEN
+       /* Check zero length.  */
+       test    %RSI_LP, %RSI_LP
+       jz      L(ret_max)
+#  ifdef __ILP32__
+       /* Clear the upper 32 bits.  */
+       movl    %esi, %esi
+#  endif
+# endif
+
+       movl    %edi, %eax
+       vpxorq  %XMM0, %XMM0, %XMM0
+       andl    $(PAGE_SIZE - 1), %eax
+       cmpl    $(PAGE_SIZE - VEC_SIZE), %eax
+       ja      L(page_cross)
+
+       /* Compare [w]char for null, mask bit will be set for match.  */
+       VPCMP   $0, (%rdi), %VMM0, %k0
+       KMOV    %k0, %RAX
+       test    %RAX, %RAX
+       jz      L(align_more)
+
+       bsf     %RAX, %RAX
+# ifdef USE_AS_STRNLEN
+       cmpq    %rsi, %rax
+       cmovnb  %rsi, %rax
+# endif
+       ret
+
+       /* At this point vector max length reached.  */
+# ifdef USE_AS_STRNLEN
+       .p2align 4,,3
+L(ret_max):
+       movq    %rsi, %rax
+       ret
+# endif
+
+L(align_more):
+       leaq    VEC_SIZE(%rdi), %rax
+       /* Align rax to VEC_SIZE.  */
+       andq    $-VEC_SIZE, %rax
+# ifdef USE_AS_STRNLEN
+       movq    %rax, %rdx
+       subq    %rdi, %rdx
+#  ifdef USE_AS_WCSLEN
+       SHR     $2, %RDX
+#  endif
+       /* At this point rdx contains [w]chars already compared.  */
+       subq    %rsi, %rdx
+       jae     L(ret_max)
+       negq    %rdx
+       /* At this point rdx contains number of w[char] needs to go.
+          Now onwards rdx will keep decrementing with each compare.  */
+# endif
+
+       /* Loop unroll 4 times for 4 vector loop.  */
+       VPCMP   $0, (%rax), %VMM0, %k0
+       KMOV    %k0, %RCX
+       test    %RCX, %RCX
+       jnz     L(ret_vec_x1)
+
+# ifdef USE_AS_STRNLEN
+       subq    $CHAR_PER_VEC, %rdx
+       jbe     L(ret_max)
+# endif
+
+       VPCMP   $0, VEC_SIZE(%rax), %VMM0, %k0
+       KMOV    %k0, %RCX
+       test    %RCX, %RCX
+       jnz     L(ret_vec_x2)
+
+# ifdef USE_AS_STRNLEN
+       subq    $CHAR_PER_VEC, %rdx
+       jbe     L(ret_max)
+# endif
+
+       VPCMP   $0, (VEC_SIZE * 2)(%rax), %VMM0, %k0
+       KMOV    %k0, %RCX
+       test    %RCX, %RCX
+       jnz     L(ret_vec_x3)
+
+# ifdef USE_AS_STRNLEN
+       subq    $CHAR_PER_VEC, %rdx
+       jbe     L(ret_max)
+# endif
+
+       VPCMP   $0, (VEC_SIZE * 3)(%rax), %VMM0, %k0
+       KMOV    %k0, %RCX
+       test    %RCX, %RCX
+       jnz     L(ret_vec_x4)
+
+# ifdef USE_AS_STRNLEN
+       subq    $CHAR_PER_VEC, %rdx
+       jbe     L(ret_max)
+       /* Save pointer before 4 x VEC_SIZE alignment.  */
+       movq    %rax, %rcx
+# endif
+
+       /* Align address to VEC_SIZE * 4 for loop.  */
+       andq    $-(VEC_SIZE * 4), %rax
+
+# ifdef USE_AS_STRNLEN
+       subq    %rax, %rcx
+#  ifdef USE_AS_WCSLEN
+       SHR     $2, %RCX
+#  endif
+       /* rcx contains number of [w]char will be recompared due to
+          alignment fixes.  rdx must be incremented by rcx to offset
+          alignment adjustment.  */
+       addq    %rcx, %rdx
+       /* Need jump as we don't want to add/subtract rdx for first
+          iteration of 4 x VEC_SIZE aligned loop.  */
+       jmp     L(loop_entry)
+# endif
+
+       .p2align 4,,11
+L(loop):
+# ifdef USE_AS_STRNLEN
+       subq    $(CHAR_PER_VEC * 4), %rdx
+       jbe     L(ret_max)
+L(loop_entry):
+# endif
+       /* VPMINU and VPCMP combination provide better performance as
+          compared to alternative combinations.  */
+       VMOVA   (VEC_SIZE * 4)(%rax), %VMM1
+       VPMINU  (VEC_SIZE * 5)(%rax), %VMM1, %VMM2
+       VMOVA   (VEC_SIZE * 6)(%rax), %VMM3
+       VPMINU  (VEC_SIZE * 7)(%rax), %VMM3, %VMM4
+
+       VPTESTN %VMM2, %VMM2, %k0
+       VPTESTN %VMM4, %VMM4, %k1
+
+       subq    $-(VEC_SIZE * 4), %rax
+       KORTEST %k0, %k1
+       jz      L(loop)
+
+       VPTESTN %VMM1, %VMM1, %k2
+       KMOV    %k2, %RCX
+       test    %RCX, %RCX
+       jnz     L(ret_vec_x1)
+
+       KMOV    %k0, %RCX
+       /* At this point, if k0 is non zero, null char must be in the
+          second vector.  */
+       test    %RCX, %RCX
+       jnz     L(ret_vec_x2)
+
+       VPTESTN %VMM3, %VMM3, %k3
+       KMOV    %k3, %RCX
+       test    %RCX, %RCX
+       jnz     L(ret_vec_x3)
+       /* At this point null [w]char must be in the fourth vector so no
+          need to check.  */
+       KMOV    %k1, %RCX
+
+       /* Fourth, third, second vector terminating are pretty much
+          same, implemented this way to avoid branching and reuse code
+          from pre loop exit condition.  */
+L(ret_vec_x4):
+       bsf     %RCX, %RCX
+       subq    %rdi, %rax
+# ifdef USE_AS_WCSLEN
+       subq    $-(VEC_SIZE * 3), %rax
+       shrq    $2, %rax
+       addq    %rcx, %rax
+# else
+       leaq    (VEC_SIZE * 3)(%rcx, %rax), %rax
+# endif
+# ifdef USE_AS_STRNLEN
+       cmpq    %rsi, %rax
+       cmovnb  %rsi, %rax
+# endif
+       ret
+
+L(ret_vec_x3):
+       bsf     %RCX, %RCX
+       subq    %rdi, %rax
+# ifdef USE_AS_WCSLEN
+       subq    $-(VEC_SIZE * 2), %rax
+       shrq    $2, %rax
+       addq    %rcx, %rax
+# else
+       leaq    (VEC_SIZE * 2)(%rcx, %rax), %rax
+# endif
+# ifdef USE_AS_STRNLEN
+       cmpq    %rsi, %rax
+       cmovnb  %rsi, %rax
+# endif
+       ret
+
+L(ret_vec_x2):
+       subq    $-VEC_SIZE, %rax
+L(ret_vec_x1):
+       bsf     %RCX, %RCX
+       subq    %rdi, %rax
+# ifdef USE_AS_WCSLEN
+       shrq    $2, %rax
+# endif
+       addq    %rcx, %rax
+# ifdef USE_AS_STRNLEN
+       cmpq    %rsi, %rax
+       cmovnb  %rsi, %rax
+# endif
+       ret
+
+L(page_cross):
+       movl    %eax, %ecx
+# ifdef USE_AS_WCSLEN
+       andl    $(VEC_SIZE - 1), %ecx
+       sarl    $2, %ecx
+# endif
+       /* ecx contains number of w[char] to be skipped as a result
+          of address alignment.  */
+       xorq    %rdi, %rax
+       VPCMP   $0, (PAGE_SIZE - VEC_SIZE)(%rax), %VMM0, %k0
+       KMOV    %k0, %RAX
+       /* Ignore number of character for alignment adjustment.  */
+       SHR     %cl, %RAX
+       jz      L(align_more)
+
+       bsf     %RAX, %RAX
+# ifdef USE_AS_STRNLEN
+       cmpq    %rsi, %rax
+       cmovnb  %rsi, %rax
+# endif
+       ret
+
+END (STRLEN)
+#endif
diff --git a/sysdeps/x86_64/multiarch/strlen-evex512.S b/sysdeps/x86_64/multiarch/strlen-evex512.S
new file mode 100644 (file)
index 0000000..116f898
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,7 @@
+#ifndef STRLEN
+# define STRLEN                __strlen_evex512
+#endif
+
+#define VEC_SIZE       64
+
+#include "strlen-evex-base.S"
diff --git a/sysdeps/x86_64/multiarch/strnlen-evex512.S b/sysdeps/x86_64/multiarch/strnlen-evex512.S
new file mode 100644 (file)
index 0000000..0b7f220
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,4 @@
+#define STRLEN __strnlen_evex512
+#define USE_AS_STRNLEN 1
+
+#include "strlen-evex512.S"
diff --git a/sysdeps/x86_64/multiarch/wcslen-evex512.S b/sysdeps/x86_64/multiarch/wcslen-evex512.S
new file mode 100644 (file)
index 0000000..f59c372
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,4 @@
+#define STRLEN __wcslen_evex512
+#define USE_AS_WCSLEN 1
+
+#include "strlen-evex512.S"
diff --git a/sysdeps/x86_64/multiarch/wcsnlen-evex512.S b/sysdeps/x86_64/multiarch/wcsnlen-evex512.S
new file mode 100644 (file)
index 0000000..73dcf2f
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,5 @@
+#define STRLEN __wcsnlen_evex512
+#define USE_AS_WCSLEN 1
+#define USE_AS_STRNLEN 1
+
+#include "strlen-evex512.S"