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8月2日 PERFORMANCE-MONITORINGPerformance-Monitoring 是Intel提供的可以监测统计CPU内部所产生事件的一组方法。在Intel的手册上介绍了两类CPU事件监测方法：architectural performance monitoring 和 non-architectural performance monitoring。Architectural performance monitoring与平台（CPU系列）无关但所能监测的事件少；non-architectural performance monitoring与平台密切相关，能监测大量事件。我仅关注architectural performance monitoring。
Architectural performance monitoring介绍 CPU通过两个寄存器来完成事件监测工作：事件选择寄存器IA32_PERFEVTSELx ( programming performance event select registers）和计数器IA32_PMCx (performance monitoring counter）。在计数前，设置事件选择寄存器并将计数器清零；计数结束时，读取计数器。 IA32_PERFEVTSELx与IA32_PMCx都是成对使用，共同完成计数工作。IA32_PMCx寄存器对应于从0xc1开始的一段连续地址，IA32_PERFEVTSELx寄存器对应于从0x186开始的一段连续地址。每种CPU的寄存器位数和可以使用的寄存器对数可能不一样，但可以通过CUPID.0AH:EAX指令来获取这些元信息: Bits 07 - 00: Version ID of architectural performance monitoring, If >0, architectural performance monitoring capability is supported. Bits 15- 08: Number of general-purpose performance monitoring counter per logical processor Bits 23 - 16: Bit width of general-purpose, performance monitoring counter Bits 31 - 24: Length of EBX bit vector to enumerate architectural performance monitoring events 事件选择寄存器IA32_PERFEVTSELx的配置 Event select field (bits 0 through 7)：事件选择码区填写需要监测的事件码，这些事件码都是事先定义好的，可以在Intel的手册中查找。 Unit mask (UMASK) field (bits 8 through 15)：掩码区填写与事件选择码对应掩码，掩码与事件码共同使用来确定要监测的事件，掩码与事件码一样是事先定义好的，可在Intel手册上查找。 USR (user mode) flag (bit 16)：标识是否统计CPU处于用户态（CPU处于特权级别为：1、2、3）下发生的事件。可以与下面的OS位配合使用。 OS (operating system mode) flag (bit 17)：标识是否统计CPU处于系统态（CPU处于特权级别为0）下发生的事件。可以与上面的USR位配合使用。 EN (Enable Counters) Flag (bit 22):计数允许位。注意：在写计数器IA32_PMCx之前，必须清除计数允许位（设为0）。 Counter mask (CMASK) field (bits 24 through 31):计算器掩码，如它不为零，但事件发生是，只有它小于计数器的值，计数器计数才会增加1。 计数示例 下面代码是统计事件DTLB_MISSES.ANY，其事件码为0x08,掩码为0x01。 //寄存器地址码 #define IA32_PMC0 0xc1 #define IA32_PERFEVTSEL0 0x186 //事件码及其掩码 #define EVENT 0x08 #define MASK 0x01 Int nEventMask, nCount; Int nEventRegisterHigh,nEventRegisterLow; nEventMask = IA32_PERFEVTSEL0;
nCount = IA32_PMC0; nEventRegisterHigh=nEventRegisterLow=0; //设置事件码及掩码 nEventRegisterLow |= EVENT; nEventRegisterLow |= MASK<<8; //设置用户态系统态标识位 nEventRegisterLow |= 1<<16; nEventRegisterLow |= 1<<17; //清楚计数允许位 nEventRegisterLow &= ~(1<<22); //设置事件选择寄存器 wrmsr(nEventMask, -(u32)( nEventRegisterLowl), -1); //计数器清零 wrmsr(nCount, -(u32)( 0), -1); //设置计数允许位 nEventRegisterLow |= 1<<22; wrmsr(nEventMask, -(u32)( nEventRegisterLowl), -1); 。。。。//计数中
//读起计数结果
rdmsr(nCount, nEventRegisterLow, nEventRegisterHigh); Non-architectural performance monitoring介绍 （还不太了解这方面的知识！） Linux内存管理Linux采用的非一致内存访问（NUMA）模型将内存划分为多个节点（node）。但在80x86结构中，使用一个单独的节点来管理所有物理内存。 Linux将每个内存节点的物理内存划分为3个管理区： ZONE_DMA: 包含低于16M的内存页框，为外设准备的 ZONE_NORMAL: 16M—896M内存页框 ZONE_HIGHMEM: 高于896M的内存页框，内核直接寻址空间0—896M，高地址必须通过内存映射才能访问，如：永久内核映射、临时内核映射。 当内核调用一个内存分配函数时必须指明请求页框所在分区。 内核动态分配内存时，可能因为空闲内存不足而进行内存回收，进而导致内核控制路径的阻塞。但是有些情况下（如：中断、临界区）是不能阻塞内核控制路径的，为此Linux开辟了保留内存池来提高这种原子内存分配请求的成功率。保留内存池就是在每个管理区中划出一小块内存区域，一般的内存请求下不分配出去而留给原子性内存请求。当管理区空闲内存小于某个阈值时就启动页框回收算法，来保证保留内存池的安全。 伙伴系统（buddy system） 伙伴系统关注大块内存分配，致力于解决外碎片问题。它将所有的空闲页框分成11组，保存在11个链表中，每个链表分别包含大小为1、2、4、8、16、32、64、128、256、512、1024个连续页框。 分配算法：首先遍历不小于所需内存大小的最小链表，找到空闲块则分配出去；否则，遍历下一个链表（块大小刚好是上一个链表的两倍）找到空闲块，将空闲块一分为二，其一插入上一个链表，其二分配出去；若本链表也无空闲块，则遍历下一链表直到第11个链表（含有1024个连续页框，即每块4M）；否则分配失败。 回收算法：回收是分配的逆过程，试图合并两个连续的块成一个更大的块。 Slab分配器 （Slab分配器其中的细节还不甚了解） Slab分配器关注小块内存（<1K）分配，致力于解决内碎片问题。它将内存区看作对象，有构造函数与析构函数。这些对象的构造初始化耗费大量时间。slab分配器把那些析构后的对象保存在内存中，而不是将它释放掉，在内核下次分配请求时就可直接使用这些保存的对象，大大提高效率。 动态内存管理函数 struct page * alloc_pages(unsigned int gfp_mask, unsigned int order) 分配2order 个连续页，返回第一个页框描述符地址。可用通过以下函数得到内存地址： void * page_address(struct page *page) 或者通过以下函数直接得到内存地址： unsigned long __get_free_pages(unsigned int gfp_mask, unsigned int order) 如果只需分配一页内存可以调用以下两个函数： struct page * alloc_page(unsigned int gfp_mask) unsigned long __get_free_page(unsigned int gfp_mask) 以下函数可以获得初始化为0的一页内存： unsigned long get_zeroed_page(unsigned int gfp_mask) 以上分配内存的函数对应的释放内存函数： void __free_pages(struct page *page, unsigned int order) void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order) void free_page(unsigned long addr) 上面的内存分配函数都是以页为单位，下面介绍两对以字节为单位的内核内存分配函数： void * kmalloc(size_t size, int flags)/void kfree(const void *ptr) 分配物理上连续的内存区域； void * vmalloc(unsigned long size)/ void vfree(void *addr) 分配在虚拟内存空间连续的内存区域，其对应物理内存不一定连续。 |
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