Streebog dynamic dispatch + import of SSE4.1 & MMX implementations by vt-alt · Pull Request #367 · gost-engine/engine

vt-alt · 2021-11-26T23:24:48Z

Идея такая:

В файле gosthash2012_dispatch.h создаются разные версии g() под разные микроархтектуры (sse2, sse4.1, и ref).
Они переключаются динамически во время выполнения (сейчас для определения микроархитектуры используется __builtin_cpu_supports() и __has_builtin() (так что это работает только на свежих версиях gcc), но потом можно сделать определение через CPUID "как у всех").
Если dynamic dispatch невозможен, то все должно работать по старому (только sse2 и ref).
Переключение с помощью if — это наиболее быстрый вариант из доступных.

ps. gosthash2012: Fix '_mm_empty' call - надо в stable ветки перегнать, это багфикс.

'_mm_empty' call incorrectly wrapped in `#ifndef' instead of `#ifdef'. This was affecting correctness of benchmarks on i686: type 16 bytes 64 bytes 256 bytes 1024 bytes 8192 bytes 16384 bytes streebog512 -nan -nan -nan -nan -nan -nan Fixes: 0755b6e ("gosthash2012: Properly ifdef '_mm_empty' call") Signed-off-by: Vitaly Chikunov <vt@altlinux.org>

beldmit · 2021-11-27T20:03:15Z

gosthash2012_dispatch.h

+#  error "No static implementation of g() is selected."
+# endif
+#endif
+}


Аццкий адЪ!

beldmit · 2021-11-27T20:05:06Z

А диспетчер менее адским сделать не получается, да? :(

vt-alt · 2021-11-27T20:30:05Z

Там всё рационально, только непривычно такое количество логики на препроцессоре. Но, оно нужно, чтоб сохранить уже существующую портабельность. Рассмотрим gosthash2012_dispatch.h как 2 смысловые части:

Создание разных версий g(). -- Этот вариант вносит наименьшее кол-во изменений в существующий код (не раскрывает все макросы и не создаёт повторов одного и того-же как в php-stribog). Не меняет способ сборки (иначе придется перенести усложнение в CMakeLists.txt, а там это может оказаться ещё "страшнее"). Так же у нас уже поддержка нескольких компиляторов, которую надо было оставить.
Сам диспетчер (top level g()) вполне обычный. Вот пример для BLAKE3: https://github.com/BLAKE3-team/BLAKE3/blob/master/c/blake3_dispatch.c
Если есть идеи, то предлагай.

vt-alt · 2021-11-27T20:32:37Z

# if defined(__clang__)
#  pragma clang attribute push (__attribute__((target("mmx"))), apply_to = function)
# elif defined(__GNUC__)
#  pragma GCC push_options
#  pragma GCC target("mmx")
# endif

...

# if defined(__clang__)
#  pragma clang attribute pop
# elif defined(__GNUC__)
#  pragma GCC pop_options
# endif

Вот этот фрагмент скорее всего можно заменить на 1 макрос устанавливающий __attribute__((target("mmx"))), а потом или прилеплять его сразу к функции g, или спрятать в другой (компиляторо-зависимый) макрос.

vt-alt · 2021-11-27T20:35:12Z

# undef XLOAD
# undef STORE
# undef TRANSPOSE
# undef XTRANSPOSE
# undef XLPS32
# undef XLPS
# undef __GOST3411_USE_MMX__
# undef g

Такое всё равно придется делать при темплейтировании и в gosthash2012_mmx.h это не убрать, так как эти мкросы ещё нужны в момент include gosthash2012_g.h. Но может можно это загнать в один макрос.

vt-alt · 2021-11-28T00:11:01Z

Пример диспетчера в libntru: https://github.com/tbuktu/libntru/blob/master/src/poly.c#L1082 общая схема такая-же, но всё проще так как этот код только под x86_64. Нам же так нельзя.

А что именно показалось адом - темплейт или сам диспетчер? Темплейт ещё можно попытаться украсить или сделать без него (но это не без своих серьезных минусов), а диспетчер мне кажется таким и должен быть.

vt-alt · 2021-11-28T00:39:20Z

Пример из BIKE https://github.com/open-quantum-safe/liboqs/blob/main/src/kem/bike/additional_r3/decode_internal.h#L61
Все равно в _init есть сложная логика. И далее они устанавливают callbacks.
g() через pointers будет работать значительно медленнее для такой часто вызываемой функции,.
Вот соавтор BLAKE3 рассуждает о ifunc и поинтерах: BLAKE3-team/BLAKE3#92 (comment)
Другой эксперт по performance мне так же советовал из трех вариантов - if(), pointer, ifunc - использовать if() для переключения (для кода в библиотеках).

vt-alt · 2021-11-28T02:49:35Z

Мало кто делает темплейт. Можно пойти на дублирование кода и перенести копии функции g() (она не такая большая) в gosthash2012_{ref,mmx,sse2,sse41}.h тогда все #undef и attribute target() можно перенести в них же. А в gosthash2012_dispatch.h будет только 4 #include этих микроархитектурно зависимых хедеров и диспетчер.

Это можно дальше развить и переименовать все эти gosthash2012_sse2.h в gosthash2012_sse2.c и собирать их отдельно (заодно выкинуть #undef). А gosthash2012_dispatch.h вернуть обратно в gosthash2012.c.

beldmit · 2021-11-28T12:13:30Z

LGTM

vt-alt · 2021-11-28T19:22:36Z

Только сейчас подумал, что можно же было делать #include "gosthash2012_g.h" внутри gosthash2012_sse41.h и др. Странно мозг работает.

vt-alt · 2021-11-29T02:15:14Z

LGTM

Это про что?

beldmit · 2021-11-29T06:36:46Z

Это по совокупности

This implementation is functionally exact to previous code (just rearrangement), in preparation to run-time dispatch use. Signed-off-by: Vitaly Chikunov <vt@altlinux.org>

Currently, only switch between see2 and ref implementations. This should affect only i686, since x86_64 always have SSE2 unless compiled with `-mno-sse2'. This version of dynamic dispatch would work only on GCC-10 / Clang-3, otherwise fallback to static dispatch like before. Signed-off-by: Vitaly Chikunov <vt@altlinux.org>

Link: https://github.com/adegtyarev/streebog Signed-off-by: Vitaly Chikunov <vt@altlinux.org>

Merged and fixed two MMX implementations. For example, [1] uses SSE2 register types `__m128i', [2] GCC's `mmintrin.h' defines `_mm_cvtsi64_m64' only for `__x86_64__', but we need MMX exactly for IA-32, since x86_64 it have SSE2 in baseline. Link: https://github.com/adegtyarev/streebog Link: https://github.com/sjinks/php-stribog Signed-off-by: Vitaly Chikunov <vt@altlinux.org>

vt-alt · 2021-11-30T22:18:30Z

Переделал так — убрал прагмы (вместо них attribute target() прямо у функций — для msvc говорят они не нужны), вместо темплейта (с include _g.h) и {ref,sse2,...}.h сделал .c где в каждом своя версия g. Логика выбора реализаций в gosthash2012.h, диспетчер (top-level g остался) в gosthash2012.c. Добавил атрибут _internal для всех g (может это повлияет на оптимизацию.), (А для главной g (диспетчера) заменил static на _internal, чтоб его asm можно было посмотреть в gdb -ex 'disas/s g'" — это можно убрать, но, вроде, не мешает).

beldmit · 2021-12-01T15:18:16Z

Так оно стало гораздо читабельнее.

vt-alt force-pushed the dispatch branch 2 times, most recently from 55bb508 to b618bbc Compare November 27, 2021 17:30

vt-alt changed the title ~~Streebog dynamic dispatch + import of SSE4.1 implementation~~ Streebog dynamic dispatch + import of SSE4.1 & MMX implementations Nov 27, 2021

vt-alt added the enhancement label Nov 27, 2021

vt-alt marked this pull request as draft November 27, 2021 17:37

vt-alt requested a review from beldmit November 27, 2021 19:07

beldmit reviewed Nov 27, 2021

View reviewed changes

vt-alt added 3 commits November 30, 2021 04:20

gosthash2012: Prepare for multi-arch Streebog dispatcher

a9d11b3

This implementation is functionally exact to previous code (just rearrangement), in preparation to run-time dispatch use. Signed-off-by: Vitaly Chikunov <vt@altlinux.org>

gosthash2012: Import SSE4.1 implementation

767c693

Link: https://github.com/adegtyarev/streebog Signed-off-by: Vitaly Chikunov <vt@altlinux.org>

vt-alt force-pushed the dispatch branch from b618bbc to 0f1ec96 Compare November 30, 2021 01:41

vt-alt force-pushed the dispatch branch from 0f1ec96 to 36e84c3 Compare November 30, 2021 01:53

vt-alt requested a review from beldmit November 30, 2021 19:29

vt-alt force-pushed the master branch from 456e71b to ede3886 Compare March 22, 2024 02:48

Conversation

vt-alt commented Nov 26, 2021 • edited Loading Uh oh! There was an error while loading. Please reload this page.

Uh oh!

Uh oh!

beldmit Nov 27, 2021

Choose a reason for hiding this comment

Uh oh!

beldmit commented Nov 27, 2021

Uh oh!

vt-alt commented Nov 27, 2021 • edited Loading Uh oh! There was an error while loading. Please reload this page.

Uh oh!

Uh oh!

vt-alt commented Nov 27, 2021

Uh oh!

vt-alt commented Nov 27, 2021

Uh oh!

vt-alt commented Nov 28, 2021 • edited Loading Uh oh! There was an error while loading. Please reload this page.

Uh oh!

Uh oh!

vt-alt commented Nov 28, 2021 • edited Loading Uh oh! There was an error while loading. Please reload this page.

Uh oh!

Uh oh!

vt-alt commented Nov 28, 2021 • edited Loading Uh oh! There was an error while loading. Please reload this page.

Uh oh!

Uh oh!

beldmit commented Nov 28, 2021

Uh oh!

vt-alt commented Nov 28, 2021

Uh oh!

vt-alt commented Nov 29, 2021

Uh oh!

beldmit commented Nov 29, 2021

Uh oh!

vt-alt commented Nov 30, 2021

Uh oh!

beldmit commented Dec 1, 2021

Uh oh!

Reviewers

Assignees

Labels

Projects

Milestone

Development

Uh oh!

2 participants

vt-alt commented Nov 26, 2021 •

edited

Loading

vt-alt commented Nov 27, 2021 •

edited

Loading

vt-alt commented Nov 28, 2021 •

edited

Loading

vt-alt commented Nov 28, 2021 •

edited

Loading

vt-alt commented Nov 28, 2021 •

edited

Loading