Ошибки вычисления значения двойной точности на процессорах MediaTek
Я обнаружил, что одно из моих приложений, опубликованных на рынке, производит странные результаты на некоторых телефонах. При исследовании выясняется, что существует проблема с одной функцией, которая вычисляет расстояние между двумя GeoPoints - иногда она возвращает полностью неправильное значение. Эта проблема воспроизводится только на устройствах с MediaTek MT6589 SoC (aka MTK6589). И AFAIK у всех таких устройств установлен Android 4.2.
Обновление. Я также смог воспроизвести ошибку на планшете Lenovo S6000 с помощью MediaTek MT8125/8389 и на Fly IQ444 Quattro с MT6589 и с Android 4.1.
Я создал тестовый проект, который помогает воспроизвести ошибку. Он многократно выполняет вычисления для 1'000 или 100'000 итераций. Чтобы исключить возможность проблем с потоками, вычисление выполняется в потоке пользовательского интерфейса (с небольшими паузами для ответа на пользовательский интерфейс). В тестовом проекте я использовал только часть исходной формулы расстояния:
private double calcX() {
double t = 1.0;
double X = 0.5 + t / 16384;
return X;
}
Как вы можете проверить самостоятельно на web2.0calc.com значение X должно быть приблизительно: 0.50006103515625.
Однако на устройствах с микросхемой MT6589 часто вычисляется неправильное значение: 2.0.
Проект доступен в Google Code (APK). Источник тестового класса представлен ниже:
public class MtkTestActivity extends Activity {
static final double A = 0.5;
static final double B = 1;
static final double D = 16384;
static final double COMPUTED_CONST = A + B / D;
/*
* Main calculation where bug occurs
*/
public double calcX() {
double t = B;
double X = A + t / D;
return X;
}
class TestRunnable implements Runnable {
static final double EP = 0.00000000001;
static final double EXPECTED_LOW = COMPUTED_CONST - EP;
static final double EXPECTED_HIGH = COMPUTED_CONST + EP;
public void run() {
for (int i = 0; i < SMALL_ITERATION; i++) {
double A = calcX();
if (A < EXPECTED_LOW || A > EXPECTED_HIGH) {
mFailedInCycle = true;
mFails++;
mEdit.getText().append("FAILED on " + mIteration + " iteration with: " + A + '\n');
}
mIteration++;
}
if (mIteration % 5000 == 0) {
if (mFailedInCycle) {
mFailedInCycle = false;
} else {
mEdit.getText().append("passed " + mIteration + " iterations\n");
}
}
if (mIteration < mIterationsCount) {
mHandler.postDelayed(new TestRunnable(), DELAY);
} else {
mEdit.getText().append("\nFinished test with " + mFails + " fails");
}
}
}
public void onTestClick(View v) {
startTest(IT_10K);
}
public void onTestClick100(View v) {
startTest(IT_100K);
}
private void startTest(int iterationsCount) {
Editable text = mEdit.getText();
text.clear();
text.append("\nStarting " + iterationsCount + " iterations test...");
text.append("\n\nExpected result " + COMPUTED_CONST + "\n\n");
mIteration = 0;
mFails = 0;
mFailedInCycle = false;
mIterationsCount = iterationsCount;
mHandler.postDelayed(new TestRunnable(), 100);
}
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
mHandler = new Handler(getMainLooper());
mEdit = (EditText) findViewById(R.id.edtText1);
}
private static final int IT_10K = 1000;
private static final int IT_100K = 100000;
private static final int SMALL_ITERATION = 50;
private static final int DELAY = 10;
private int mIteration;
private int mFails;
private boolean mFailedInCycle;
private Handler mHandler;
private int mIterationsCount;
private EditText mEdit;
}
Чтобы исправить проблему достаточно, чтобы просто изменить все double на float в calcX().
Дальнейшие исследования
Отключение JIT (добавление android:vmSafeMode="true" в манифест приложения) также исправляет ошибку.
Кто-нибудь видел эту ошибку раньше? Может быть, это известная проблема?
p.s.: Если бы кто-нибудь смог воспроизвести эту ошибку на устройстве с другим чипом или смог протестировать его с помощью любого чипа MediaTek и Android >= 4.3, я буду очень признателен.
Ответы
Ответ 1
Это была ошибка JIT, которая была активной в источнике JellyBean с конца 2012 года по начало 2013 года. Короче говоря, если две или более константы с двойной точностью, которые были разными в 32 разрядах, но одинаковые в младших 32 битах, были используемые в том же базовом блоке, JIT будет думать, что они были одинаковыми, и ненадлежащим образом оптимизировали один из них.
Я ввел дефект в: https://android-review.googlesource.com/#/c/47280/
и зафиксировал его в: https://android-review.googlesource.com/#/c/57602/
Дефект не должен появляться в каких-либо последних версиях Android.
Ответ 2
Проблема, с которой вы сталкиваетесь, может быть связана с аппаратным обеспечением процессора.
В истории вычислений есть несколько известных примеров:
1994, Некоторые процессоры Intel Pentium имели ошибку, создавая ошибки вычисления с плавающей точкой (ошибка FDIV). Это было только как 4-я цифра после десятичной точки. Intel в конечном итоге внедрила программу замены для замены дефектных процессоров на хорошие.
DEC VAX 11/785 (введенный в 1984 году) имел конструктивный недостаток в его (необязательном) сопроцессоре с плавающей запятой. Из-за состояния гонки в аппаратном обеспечении, иногда сопроцессор с плавающей запятой возвращал произвольное значение вместо желаемого результата на некоторых машинах. Корпорация Digital Equipment создала программу для замены сопроцессора (5 больших печатных плат) для всех клиентов с контрактом на техническое обслуживание оборудования.
Я бы предположил, что вы можете попробовать провести еще несколько тестов на более широкой аппаратной базе, чтобы лучше понять проблему. Если проблема будет действительно связана с аппаратным обеспечением, я предполагаю, что ваш лучший подход - найти способ обойти проблему и документировать ее для других разработчиков.
Ответ 3
Кто-нибудь видел эту ошибку раньше? Может быть, это известная проблема?
Они появляются иногда в нескольких списках рассылки Android.
Я считаю, что вы видите эффект (1) разных процессоров и их обработку значений с плавающей запятой и (2) различия в размерах хранилища, которые приводят к различным округлениям и усечениям.
Для (1) в собственном коде используется следующее:
-
_controlfp(_PC_24, _MCW_PC);
-
_controlfp(_RC_NEAR, _MCW_RC);
Для (2) используйте общий размер хранилища, который является float.
Иногда в родном мире иногда возникает другая проблема: float передается функции, но значение в функции всегда 0.0f (а не значение non-0, используемое для вызова функции). Вы можете очистить это с помощью -mfloat-abi=softfp. См. Hard-float и JNI.
К сожалению, вы пользуетесь производителем при использовании своего порта Android Java. Наслаждайтесь их настройками, надзорами и ошибками реализации. По крайней мере, это не повреждение вашей виртуальной машины.
Ответ 4
Я провел последнюю неделю, исследуя эту проблему, и вот что я нашел:
- Эта ошибка была замечена ранее пользователями устройств MT6589 (например, здесь и здесь)
- Общим решением было отключить JIT (для конкретного приложения или для всей системы).
- Я смог воспроизвести эту проблему на двух устройствах с MT6589 и MT8125/8389,
, в настоящее время он не был воспроизведен на устройствах с чипами, отличными от упомянутых, см. разделы ниже
- Выражение, которое воспроизводит ошибку, если намного проще, чем я опубликовал в вопросе, просто:
X = A + b / D
- Задержка между вычислениями является решающей частью ошибки: без нее ошибка появляется спорадически, с небольшим сном после вычисления она воспроизводит всегда (как только код был JITed)
- Я создал script, который собирает простой файл jar и запускает
dalvikvm напрямую, передавая ему параметры. Это позволило установить порог jit и получить выходной ARM-код, сгенерированный JIT
- Передача
-Xjitdisableopt:1 в Dalvik устраняет проблему (этот параметр отключает оптимизацию kLoadStoreElimination). Можно также добавить файл dalvik.vm.extra-opts=-Xjitdisableopt:1 в build.prop в качестве быстрого временного решения, которое сохраняет JIT (требуется root и перезагрузка).
- Хотя эта проблема похожа на ошибку # 63790, упомянутую Скоттом Бартой, я думаю, что она другая (также автор упомянутой ошибки Дмитрий подтвердили, что эта ошибка "Mediatek" не воспроизводится на телефоне, затронутом # 63790).
- ОБНОВЛЕНИЕ: Я положил
libdvm.so (из Fly IQ4410 с чипом MT6589) на эмулятор и там воспроизвел ошибку. Но если я использую libdvm.so, скомпилированный из источников Android 4.2, ошибка исчезает. Похоже, что существует проблема с JIT-скомпилированным кодом, созданным некоторой версией библиотеки libdvm, поставляемой с затронутыми устройствами.
- ОБНОВЛЕНИЕ: Успешно воспроизведена ошибка на телефоне Samsung Ace 2 (NovaThor U8500, Android 4.1.2), используя тот же метод, что и выше, взял
libdvm.so от Fly IQ444 (MT6589, Android 4.1.2).
Я отправил отчет об ошибке # 65750.
Вот исходный и сборный выход JIT теста, используемого для воспроизведения ошибки:
public class Calc {
static final double A = 0.5;
static final double B = 1;
static final double D = 16384;
public double calcX() {
double t = B;
double X = A + t / D;
return X;
}
}
Выход JIT для обычного запуска Dalvik:
D/dalvikvm: Dumping LIR insns
D/dalvikvm: installed code is at 0x45deb000
D/dalvikvm: total size is 124 bytes
D/dalvikvm: 0x45deb000 (0000): data 0xc278(49784)
D/dalvikvm: 0x45deb002 (0002): data 0x457a(17786)
D/dalvikvm: 0x45deb004 (0004): data 0x0044(68)
D/dalvikvm: 0x45deb006 (0006): ldr r0, [r15pc, -#8]
D/dalvikvm: 0x45deb00a (000a): ldr r1, [r0, #0]
D/dalvikvm: 0x45deb00c (000c): adds r1, r1, #1
D/dalvikvm: 0x45deb00e (000e): str r1, [r0, #0]
D/dalvikvm: -------- entry offset: 0x0000
D/dalvikvm: L0x4579e28c:
D/dalvikvm: -------- dalvik offset: 0x0000 @ const-wide/high16 v0, (#16368), (#0)
D/dalvikvm: 0x45deb010 (0010): vldr d8, [r15, #96]
D/dalvikvm: -------- dalvik offset: 0x0002 @ const-wide/high16 v2, (#16352), (#0)
D/dalvikvm: 0x45deb014 (0014): vmov.f64 d9, d8
D/dalvikvm: -------- dalvik offset: 0x0004 @ const-wide/high16 v4, (#16592), (#0)
D/dalvikvm: 0x45deb018 (0018): vmov.f64 d10, d9
D/dalvikvm: -------- dalvik offset: 0x0006 @ div-double/2addr v0, v4, (#0)
D/dalvikvm: 0x45deb01c (001c): vdivd d8, d8, d10
D/dalvikvm: -------- dalvik offset: 0x0007 @ add-double/2addr v0, v2, (#0)
D/dalvikvm: 0x45deb020 (0020): vadd d8, d8, d9
D/dalvikvm: -------- dalvik offset: 0x0008 @ return-wide v0, (#0), (#0)
D/dalvikvm: 0x45deb024 (0024): vmov.f64 d11, d8
D/dalvikvm: 0x45deb028 (0028): vstr d11, [r6, #16]
D/dalvikvm: 0x45deb02c (002c): vstr d8, [r5, #0]
D/dalvikvm: 0x45deb030 (0030): vstr d10, [r5, #16]
D/dalvikvm: 0x45deb034 (0034): vstr d9, [r5, #8]
D/dalvikvm: 0x45deb038 (0038): blx_1 0x45dea028
D/dalvikvm: 0x45deb03a (003a): blx_2 see above
D/dalvikvm: 0x45deb03c (003c): b 0x45deb040 (L0x4579f068)
D/dalvikvm: 0x45deb03e (003e): undefined
D/dalvikvm: L0x4579f068:
D/dalvikvm: -------- reconstruct dalvik PC : 0x457b83f4 @ +0x0008
D/dalvikvm: 0x45deb040 (0040): ldr r0, [r15pc, #28]
D/dalvikvm: Exception_Handling:
D/dalvikvm: 0x45deb044 (0044): ldr r1, [r6, #108]
D/dalvikvm: 0x45deb046 (0046): blx r1
D/dalvikvm: -------- end of chaining cells (0x0048)
D/dalvikvm: 0x45deb060 (0060): .word (0x457b83f4)
D/dalvikvm: 0x45deb064 (0064): .word (0)
D/dalvikvm: 0x45deb068 (0068): .word (0x40d00000)
D/dalvikvm: 0x45deb06c (006c): .word (0)
D/dalvikvm: 0x45deb070 (0070): .word (0x3fe00000)
D/dalvikvm: 0x45deb074 (0074): .word (0)
D/dalvikvm: 0x45deb078 (0078): .word (0x3ff00000)
D/dalvikvm: End LCalc;calcX, 6 Dalvik instructions.
Самая интересная часть:
vldr d8, [r15, #96] ; d8 := 1.0
vmov.f64 d9, d8 ; d9 := d8
vmov.f64 d10, d9 ; d10 := d9 // now d8, d9 and d10 contains 1.0 !!!
vdivd d8, d8, d10 ; d8 := d8 / d10 = 1.0
vadd d8, d8, d9 ; d8 := d8 + d9 = 2.0
vmov.f64 d11, d8
Ну, код, созданный JIT, выглядит совершенно неправильно. Вместо трех только одной константы читается 1.0, и в результате получаем вычисление X = 1.0 + 1.0 / 1.0, которое не удивительно оценивает до 2.0
И вот вывод JIT для запуска Dalvik с отключенной оптимизацией kLoadStoreElimination (который исправляет ошибку):
D/dalvikvm: Dumping LIR insns
D/dalvikvm: installed code is at 0x45d64000
D/dalvikvm: total size is 124 bytes
D/dalvikvm: 0x45d64000 (0000): data 0x5260(21088)
D/dalvikvm: 0x45d64002 (0002): data 0x4572(17778)
D/dalvikvm: 0x45d64004 (0004): data 0x0044(68)
D/dalvikvm: 0x45d64006 (0006): ldr r0, [r15pc, -#8]
D/dalvikvm: 0x45d6400a (000a): ldr r1, [r0, #0]
D/dalvikvm: 0x45d6400c (000c): adds r1, r1, #1
D/dalvikvm: 0x45d6400e (000e): str r1, [r0, #0]
D/dalvikvm: -------- entry offset: 0x0000
D/dalvikvm: L0x45717274:
D/dalvikvm: -------- dalvik offset: 0x0000 @ const-wide/high16 v0, (#16368), (#0)
D/dalvikvm: 0x45d64010 (0010): vldr d8, [r15, #96]
D/dalvikvm: -------- dalvik offset: 0x0002 @ const-wide/high16 v2, (#16352), (#0)
D/dalvikvm: 0x45d64014 (0014): vldr d10, [r15, #76]
D/dalvikvm: 0x45d64018 (0018): vldr d9, [r15, #80]
D/dalvikvm: 0x45d6401c (001c): vstr d9, [r5, #8]
D/dalvikvm: -------- dalvik offset: 0x0004 @ const-wide/high16 v4, (#16592), (#0)
D/dalvikvm: 0x45d64020 (0020): vstr d10, [r5, #16]
D/dalvikvm: -------- dalvik offset: 0x0006 @ div-double/2addr v0, v4, (#0)
D/dalvikvm: 0x45d64024 (0024): vdivd d8, d8, d10
D/dalvikvm: -------- dalvik offset: 0x0007 @ add-double/2addr v0, v2, (#0)
D/dalvikvm: 0x45d64028 (0028): vadd d8, d8, d9
D/dalvikvm: 0x45d6402c (002c): vstr d8, [r5, #0]
D/dalvikvm: -------- dalvik offset: 0x0008 @ return-wide v0, (#0), (#0)
D/dalvikvm: 0x45d64030 (0030): vmov.f64 d11, d8
D/dalvikvm: 0x45d64034 (0034): vstr d11, [r6, #16]
D/dalvikvm: 0x45d64038 (0038): blx_1 0x45d63028
D/dalvikvm: 0x45d6403a (003a): blx_2 see above
D/dalvikvm: 0x45d6403c (003c): b 0x45d64040 (L0x45718050)
D/dalvikvm: 0x45d6403e (003e): undefined
D/dalvikvm: L0x45718050:
D/dalvikvm: -------- reconstruct dalvik PC : 0x457313f4 @ +0x0008
D/dalvikvm: 0x45d64040 (0040): ldr r0, [r15pc, #28]
D/dalvikvm: Exception_Handling:
D/dalvikvm: 0x45d64044 (0044): ldr r1, [r6, #108]
D/dalvikvm: 0x45d64046 (0046): blx r1
D/dalvikvm: -------- end of chaining cells (0x0048)
D/dalvikvm: 0x45d64060 (0060): .word (0x457313f4)
D/dalvikvm: 0x45d64064 (0064): .word (0)
D/dalvikvm: 0x45d64068 (0068): .word (0x40d00000)
D/dalvikvm: 0x45d6406c (006c): .word (0)
D/dalvikvm: 0x45d64070 (0070): .word (0x3fe00000)
D/dalvikvm: 0x45d64074 (0074): .word (0)
D/dalvikvm: 0x45d64078 (0078): .word (0x3ff00000)
D/dalvikvm: End LCalc;calcX, 6 Dalvik instructions
Выполняются все три константы, загруженные как ожидалось, и правильная оценка.
