Το Linux 7.2 φέρνει επιτάχυνση CRC64-NVMe με NEON και σε 32-bit ARM επεξεργαστές

Το υποσύστημα CRC του πυρήνα Linux βελτιώνεται σταδιακά με αρχιτεκτονικά-ειδικές υλοποιήσεις, και η 32-bit ARM πλατφόρμα μόλις πήρε τη δική της μερίδα. Για το Linux 7.1 είχε ενσωματωθεί επιτάχυνση CRC64-NVMe μέσω NEON για ARM64 με περίπου 6x καλύτερη ταχύτητα· ο γενικός κώδικας αποτελούσε σημείο συμφόρησης στα NVMe και άλλα υποσυστήματα αποθήκευσης, ενώ ο αλγόριθμος CRC64-NVMe χρησιμοποιείται για την επαλήθευση της ακεραιότητας δεδομένων. Στο Linux 7.2 ο επιταχυνόμενος κώδικας NEON θα λειτουργεί πλέον και σε συστήματα που βασίζονται σε 32-bit ARM.

Τι έφερε η βελτίωση στο ARM64

Η αρχική υλοποίηση για ARM64 παρείχε CRC64-NVMe βελτίωση σχεδόν 6x σε σύγχρονα Arm SoC. Η NEON-βελτιστοποιημένη υλοποίηση CRC64 ακολούθησε το πρότυπο αντίστοιχων αρχιτεκτονικά-ειδικών υλοποιήσεων, όπως αυτών για x86_64 και RISC-V. Τα αποτελέσματα αυτά μετρήθηκαν σε Arm Cortex-A72 SoC, με την υλοποίηση να βασίζεται στις εντολές NEON Polynomial Multiply Long (PMULL). Ο γενικός αλγόριθμος shift-and-XOR είναι αργός και δημιουργεί σημείο συμφόρησης στα υποσυστήματα NVMe, ενώ η επιταχυνόμενη υλοποίηση χρησιμοποιεί C intrinsics (arm_neon.h) αντί για raw assembly, για καλύτερη αναγνωσιμότητα και συντηρησιμότητα.

Η νέα σειρά patches για ARM32

Μια σειρά patches του Ard Biesheuvel επιτρέπει την κοινή χρήση των NEON intrinsics εντός του πυρήνα Linux μεταξύ 32-bit ARM και 64-bit ARM, καθιστώντας τα ARM64 NEON intrinsics για CRC64 διαθέσιμα σε 32-bit ARM περιβάλλοντα Linux όπου οι πυρήνες CPU διαθέτουν υποστήριξη NEON. Αυτή η αρχιτεκτονική απόφαση — κοινός κώδικας αντί για χωριστές υλοποιήσεις — απλοποιεί τη μακροπρόθεσμη συντήρηση του πυρήνα.

Όπως φαίνεται σε ένα από τα μηνύματα της σειράς patches, η επίδραση στην απόδοση είναι εξίσου σημαντική με αυτή που παρατηρήθηκε στον χώρο του ARM64 — για όσους εξακολουθούν να χρησιμοποιούν 32-bit ARM και upstream builds του πυρήνα Linux το 2026 και μετά.

Ενσωμάτωση στο Linux 7.2 και xor_gen()

Η επιτάχυνση CRC64-NVMe για 32-bit ARM ενσωματώθηκε αυτή την εβδομάδα στον πυρήνα Linux 7.2 μέσω της ενημέρωσης CRC· η ίδια αλλαγή αποδίδει στο ARM32 NEON και τη βελτιστοποιημένη συνάρτηση xor_gen() από τον ARM64 κώδικα. Η συνάρτηση xor_gen() χρησιμοποιείται σε λειτουργίες XOR επί πινάκων δεδομένων, οι οποίες απαντώνται σε RAID και παρόμοια υποσυστήματα.

Η κίνηση αυτή έχει πρακτική σημασία για embedded συστήματα, βιομηχανικούς ελεγκτές και συσκευές IoT που εξακολουθούν να τρέχουν 32-bit ARM SoC με NEON — ειδικά εκεί που χρησιμοποιείται NVMe αποθήκευση και η ακεραιότητα δεδομένων είναι κρίσιμη. Δεδομένου ότι το Linux 7.1 έφερε επίσης υποστήριξη πραγματικού χρόνου (PREEMPT_RT) για 32-bit ARM στον mainline πυρήνα, το οικοσύστημα ARM32 λαμβάνει σταδιακά σοβαρές βελτιώσεις στις νέες εκδόσεις του πυρήνα.

Πηγές

• Phoronix: Linux's ARM64 NEON Intrinsics CRC64 Code Adapted To Work On 32-bit ARM
• Phoronix: Linux 7.1 Lands ARM64 NEON-Accelerated CRC64-NVMe For ~6x Improvement
• Phoronix: ARM NEON Accelerated CRC64 Optimization Shows Nearly 6x Improvement
• Linux Kernel Mailing List: Patch series by Ard Biesheuvel