【摘要】：近年來,片上多核處理器成為主流,國產(chǎn)芯片龍芯也推出了四核處理器-龍芯3A。為了充分利用多核處理器的片上資源,使多核處理器的硬件資源轉(zhuǎn)變?yōu)槌绦蛐阅艿奶嵘?并行程序設(shè)計變得越來越重要。并行程序一直是程序設(shè)計的難點(diǎn),從串行程序到并行程序的改造主要依靠對程序算法的分析和對程序行為的理解,同時也需要理解硬件的運(yùn)行行為,因此需要一套性能分析工具來幫助程序員分析程序和硬件的行為。 大多數(shù)現(xiàn)代處理器都集成了性能計數(shù)器(PMU),它能夠收集應(yīng)用程序、操作系統(tǒng)以及處理器的性能信息,這些信息可以幫助程序找到應(yīng)用程序或者操作系統(tǒng)的熱點(diǎn),分析程序的運(yùn)行瓶頸。本文基于龍芯3A平臺的性能計數(shù)器(PMU)實(shí)現(xiàn)了一款性能分析工具TProfiler。 本文在實(shí)現(xiàn)的過程中參考了已有的性能分析工具VTune、Oprofile以及Perf的實(shí)現(xiàn)原理,最終采用了單進(jìn)程采樣。主要的研究內(nèi)容包括:(1)通過分析已有的性能調(diào)優(yōu)工具Oprofile和Perf的代碼,分析它們的實(shí)現(xiàn)原理以及各自的優(yōu)缺點(diǎn),然后結(jié)合龍芯3A平臺的硬件特性,確定TProfiler的設(shè)計方案為單進(jìn)程采樣的方式。(2)設(shè)計TProfiler的軟件架構(gòu),將其實(shí)現(xiàn)分為兩個模塊:前端和后端。其中前端運(yùn)行于用戶層,負(fù)責(zé)分析后端收集的性能信息,指導(dǎo)程序員優(yōu)化代碼;后端運(yùn)行于內(nèi)核層,負(fù)責(zé)控制性能計數(shù)器,收集程序運(yùn)行過程中產(chǎn)生的硬件事件信息。(3)針對TProfiler的軟件架構(gòu),分別實(shí)現(xiàn)前端和后端的功能。為了支持單進(jìn)程采樣,在內(nèi)核中進(jìn)程相關(guān)部分添加支持單進(jìn)程采樣的代碼,在進(jìn)程描述符中添加支持性能計數(shù)器上下文切換的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),此外為了用戶層和內(nèi)核層的數(shù)據(jù)傳遞,還添加了文件映射的功能。最后借助編譯技術(shù)并分析二進(jìn)制文件將采樣信息與程序代碼對應(yīng)起來產(chǎn)生對程序員有用的信息。 本文基于龍芯3A平臺的硬件性能計數(shù)器(PMU)實(shí)現(xiàn)了一個單進(jìn)程采樣的性能分析工具TProfiler,它實(shí)現(xiàn)了Oprofile的大部分功能,通過與Oprofile的對比實(shí)驗(yàn),可以看到TProfiler的采樣數(shù)據(jù)更加精確,采樣范圍也更加廣泛。最后本文還提出了TProfiler需要改進(jìn)的地方,并針對龍芯平臺,提出其硬件計數(shù)器(PMU)需要加強(qiáng)和完善的地方,并初步提出了改進(jìn)的手段。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TP332
【圖文】：

這些障礙阻止了通過提高主頻來獲得性能提升的道路；其次，單個芯片可以集成的引腳數(shù)目和帶寬限制都意味著處理器和主存之間的速度的剪刀差在越拉越大。2006 年，Intel 被迫放棄了 4G 主頻的 Tejas 奔騰 4 處理器的開發(fā)，這幾乎也標(biāo)志著主頻至上的理論走到了盡頭，取而代之的是片上多核設(shè)計。

靜態(tài)插樁這種類型的插樁是在源代碼編譯或鏈接時完成的，它的唯一優(yōu)勢是我們復(fù)雜的功能并且對程序性能影響很小。但是，靜態(tài)插樁卻有很多限制，最一個限制是，如何執(zhí)行程序中的代碼和數(shù)據(jù)是混合放置的，靜態(tài)插樁工具取足夠的信息來分開它們；靜態(tài)插樁工具也很難處理間接分支、共享庫以產(chǎn)生的代碼。靜態(tài)插樁的最經(jīng)典的工具便是 Gcc 自帶的 Gprof(FSF，1998 動態(tài)插樁與靜態(tài)插樁相反，動態(tài)插樁在程序運(yùn)行時實(shí)現(xiàn)。它克服了靜態(tài)插樁所有。動態(tài)插樁不需要重新編譯或鏈接程序，能夠處理運(yùn)行中的程序以及共享為程序優(yōu)化提供了更多機(jī)會。動態(tài)插樁方面的代表性的工作包括 ATI(Srivastava,1994)、Dtrace(Cantrill,2004)、Pin(Luk, 2005)等。.2 采樣技術(shù) 基于時間的采樣

) 基于事件的采樣性能計數(shù)器(HPCs)越來越多的用于分析性能以及確定性能瓶頸的原因。大現(xiàn)代處理器中都帶有一定數(shù)量的性能計數(shù)器。例如：IBM POWER4 有 8 對計數(shù)器、Intel Itanium 4 個、AMDAthlon 有 4 個。這些性能計數(shù)器的功能就錄硬件事件，通過性能調(diào)優(yōu)工具的處理之后，產(chǎn)生對程序員有用的信息�；谑录牟蓸邮侵挥涗浱囟ǖ挠布录ū热� L2 Cache Miss）的發(fā)生，當(dāng)達(dá)到用戶設(shè)定的閾值時就記錄一下（采一個樣）。具體的工作方式是：選擇需要記錄的硬件事件(例如：L2 Cache Miss)，該事件每發(fā)生一次就觸發(fā)計數(shù)器加 1，當(dāng)性能計數(shù)器的值達(dá)到設(shè)置的閾值時，就向上溢出，觸發(fā)處理內(nèi)部中斷控制器，中斷處理器進(jìn)行采樣，如圖 1.3 所示是基于事件的采樣的：

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本文編號：2785107