【摘要】：Android系統(tǒng)是目前最主流的移動終端操作系統(tǒng),軟硬件開發(fā)人員在設(shè)計(jì)優(yōu)化時需要獲取CPU在面向Android應(yīng)用運(yùn)行行為和硬件的性能參數(shù)。目前基于ARM架構(gòu)這類工具很多如ARM公司推出ARM Streamline性能分析器,但對于非ARM架構(gòu)的龍芯CPU架構(gòu),則非常缺乏相應(yīng)的性能分析工具和方法。因此,針對龍芯CPU設(shè)計(jì)一套面向安卓應(yīng)用的性能測試方法對于優(yōu)化系統(tǒng)性能,推動國產(chǎn)CPU的應(yīng)用,是非常有意義的。性能監(jiān)測單元PMU(Performance Monitoring Unit,PMU)能保證額外開銷低和目標(biāo)應(yīng)用執(zhí)行干擾的條件下在線記錄程序運(yùn)行時的微架構(gòu)事件特征。本文在參考了已有性能分析工具VTnue、Perf以及ARM Streamline的實(shí)現(xiàn)原理后,結(jié)合龍芯2H平臺的硬件特性,采用龍芯2H CPU內(nèi)嵌的PMU,通過全系統(tǒng)采樣方式設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一款面向安卓應(yīng)用的性能測試工具。該工具主要分為三個模塊:數(shù)據(jù)采集模塊,數(shù)據(jù)采樣控制模塊,數(shù)據(jù)分析模塊。其中數(shù)據(jù)采集負(fù)責(zé)控制性能計(jì)數(shù)器,采集應(yīng)用運(yùn)行中的硬件事件信息;數(shù)據(jù)采樣控制模塊負(fù)責(zé)配置采樣的事件類型、數(shù)據(jù)的存儲方式;數(shù)據(jù)分析模塊負(fù)責(zé)分析收集的抽樣數(shù)據(jù)。論文設(shè)計(jì)的性能測試工具可以在安卓應(yīng)用運(yùn)行時精確統(tǒng)計(jì)出每個線程的對應(yīng)處理器硬件事件數(shù)目如:如cpu時鐘數(shù)、分支預(yù)測缺失次數(shù)、指令數(shù)以及Cache缺失次數(shù)等事件,以及每個線程切入時間,切出時間,運(yùn)行時間等。由于龍芯2H平臺已有工具perf在線程統(tǒng)計(jì)不區(qū)分相同ID的線程、且操作繁瑣。我們在進(jìn)程級對比了本文所實(shí)現(xiàn)的性能測試工具與龍芯2H平臺已有工具perf的精度。其中0xbenchmark測試結(jié)果得出cpu時鐘數(shù)最大誤差為1.11%,分支指令數(shù)最大誤差為1.41%,一級指令緩存未命中數(shù)為0.99%。
【圖文】：

蹤這些監(jiān)測點(diǎn)并給出相應(yīng)模塊的運(yùn)行時信息。Perf在軟件實(shí)現(xiàn)上可以分為應(yīng)用層和內(nèi)核層兩個部分，其軟件架構(gòu)如圖2-1所示。應(yīng)用層和內(nèi)核層通過系統(tǒng)調(diào)用接口來實(shí)現(xiàn)通信，對硬件和軟件事件的監(jiān)測都是通過該系統(tǒng)調(diào)用來完成的。圖2-1 Perf軟件架構(gòu)圖Perf應(yīng)用層主要實(shí)現(xiàn)了兩個功能[24]：一是讀取并解析用戶層傳入的命令和參數(shù)，通過系統(tǒng)調(diào)用接口來實(shí)現(xiàn)對監(jiān)測事件的初始化工作。比如對微架構(gòu)事件的監(jiān)測中，Perf首先通過應(yīng)用層程序確定獲取監(jiān)測的性能事件種類，然后通過調(diào)用內(nèi)核層的程序完成對PMU的配置；二是獲取保存在虛擬文件設(shè)備中的原始監(jiān)測數(shù)據(jù)，在對數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的處理后得到用戶可讀的信息。Perf內(nèi)核層的代碼實(shí)現(xiàn)分為體系相關(guān)和體系無關(guān)部分。以微架構(gòu)事件為例，體系相關(guān)部分實(shí)現(xiàn)了性能監(jiān)測單元PMU的驅(qū)動程序用來收集微架構(gòu)事件的原始數(shù)據(jù)；體系無關(guān)部分主要負(fù)責(zé)獲取用戶層傳遞的命令及參數(shù)，調(diào)用體系相關(guān)部分驅(qū)動性能監(jiān)測單元以及將收集到的原始數(shù)據(jù)傳遞到用戶層等。

Streamline以系統(tǒng)跟蹤點(diǎn)、硬件和軟件性能計(jì)數(shù)器、基于分析樣本和用戶注釋為基礎(chǔ)，提供了用于軟件優(yōu)化的系統(tǒng)分析環(huán)境。如圖2-2所示，它配有直觀的圖形用戶界面，可顯示從CPU性能計(jì)數(shù)器到功耗再到等源代碼熱點(diǎn)信息。時間表視圖可以將多個數(shù)據(jù)源組合在一起，通過這種基于時間的圖形可視化，用戶可方便地觀察系統(tǒng)性能指標(biāo)隨數(shù)據(jù)捕獲事件的推移而發(fā)生的變化。如圖2-3所示，Streamline按照結(jié)構(gòu)劃分的方法可以分為三個部分[26]，，一個是運(yùn)行在內(nèi)核態(tài)的gator.ko模塊，，另一個為在戶空間運(yùn)行的守護(hù)進(jìn)程gatord，而Streamline以上位機(jī)的形式通過socket與運(yùn)行的gatord通信
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP332

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本文編號：2642249