龍芯多核平臺上性能分析工具的設(shè)計與實現(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⑿谐绦蛟O(shè)計變得越來越重要。并行程序一直是程序設(shè)計的難點，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

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，分析程序的運行瓶頸。本文基于龍芯3A平臺的性能計數(shù)器(PMU)實現(xiàn)了一款性能分析工具Tprofiler。
　　 本文在實現(xiàn)的過程中參考了已有的性能分析工具Vtune、Oprofile以及Perf的實現(xiàn)原理，最終采用了單進程采樣。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，分析它們的實現(xiàn)原理以及各自

3、的優(yōu)缺點，然后結(jié)合龍芯3A平臺的硬件特性，確定Tprofiler的設(shè)計方案為單進程采樣的方式。(2)設(shè)計Tprofiler的軟件架構(gòu)，將其實現(xiàn)分為兩個模塊：前端和后端。其中前端運行于用戶層，負責(zé)分析后端收集的性能信息，指導(dǎo)程序員優(yōu)化代碼；后端運行于內(nèi)核層，負責(zé)控制性能計數(shù)器，收集程序運行過程中產(chǎn)生的硬件事件信息。(3)針對Tprofiler的軟件架構(gòu)，分別實現(xiàn)前端和后端的功能。為了支持單進程采樣，在內(nèi)核中進程相關(guān)部分添加支持單進程采樣的

4、代碼，在進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)實現(xiàn)了一個單進程采樣的性能分析工具Tprofiler，它實現(xiàn)了Oprofile的大部分功能，通過與Oprofile的對比實驗，可以看到Tprofiler的采樣數(shù)據(jù)更加精確，采樣