龍芯多核平臺上性能分析工具的設計與實現.pdf

1、近年來，片上多核處理器成為主流，國產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變?yōu)槌绦蛐阅艿奶嵘?，并行程序設計變得越來越重要。并行程序一直是程序設計的難點，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。
　　 大多數現代處理器都集成了性能計數器(PMU)，它能夠收集

2、應用程序、操作系統以及處理器的性能信息，這些信息可以幫助程序找到應用程序或者操作系統的熱點，分析程序的運行瓶頸。本文基于龍芯3A平臺的性能計數器(PMU)實現了一款性能分析工具Tprofiler。
　　 本文在實現的過程中參考了已有的性能分析工具Vtune、Oprofile以及Perf的實現原理，最終采用了單進程采樣。主要的研究內容包括：(1)通過分析已有的性能調優(yōu)工具Oprofile和Perf的代碼，分析它們的實現原理以及各自

3、的優(yōu)缺點，然后結合龍芯3A平臺的硬件特性，確定Tprofiler的設計方案為單進程采樣的方式。(2)設計Tprofiler的軟件架構，將其實現分為兩個模塊：前端和后端。其中前端運行于用戶層，負責分析后端收集的性能信息，指導程序員優(yōu)化代碼；后端運行于內核層，負責控制性能計數器，收集程序運行過程中產生的硬件事件信息。(3)針對Tprofiler的軟件架構，分別實現前端和后端的功能。為了支持單進程采樣，在內核中進程相關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器上下文切換的數據結構，此外為了用戶層和內核層的數據傳遞，還添加了文件映射的功能。最后借助編譯技術并分析二進制文件將采樣信息與程序代碼對應起來產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器(PMU)實現了一個單進程采樣的性能分析工具Tprofiler，它實現了Oprofile的大部分功能，通過與Oprofile的對比實驗，可以看到Tprofiler的采樣數據更加精確，采樣