龍芯多核平臺(tái)上性能分析工具的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、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(jì)變得越來越重要。并行程序一直是程序設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，從串行程序到并行程序的改造主要依靠對(duì)程序算法的分析和對(duì)程序行為的理解，同時(shí)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(jì)數(shù)器(PMU)，它能夠收集

2、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(tái)的性能計(jì)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

3、的優(yōu)缺點(diǎn)，然后結(jié)合龍芯3A平臺(tái)的硬件特性，確定Tprofiler的設(shè)計(jì)方案為單進(jìn)程采樣的方式。(2)設(shè)計(jì)Tprofiler的軟件架構(gòu)，將其實(shí)現(xiàn)分為兩個(gè)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(jì)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(duì)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

4、代碼，在進(jìn)程描述符中添加支持性能計(jì)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(duì)應(yīng)起來產(chǎn)生對(duì)程序員有用的信息。
　　 本文基于龍芯3A平臺(tái)的硬件性能計(jì)數(shù)器(PMU)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)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(duì)比實(shí)驗(yàn)，可以看到Tprofiler的采樣數(shù)據(jù)更加精確，采樣