oprofile 龙芯调试

by tangke <>   2009-06-02

1. 概述

oprofile 是 Linux 平台上，类似 INTEL VTune 的一个功能强大的性能分析工具。

其支持两种采样(sampling)方式：基于事件的采样(event based)和基于时间的采样(time based)。

基于事件的采样是oprofile只记录特定事件（比如L2 cache miss）的发生次数，当达到用户设定的定值时oprofile 就记录一下（采一个样）。这种方式需要CPU 内部有性能计数器(performace counter)。现代CPU内部一般都有性能计数器，龙芯2E内部亦内置了2个性能计数器。

基于时间的采样是oprofile 借助OS 时钟中断的机制，每个时钟中断 oprofile 都会记录一次(采一次样）。引入的目的在于，提供对没有性能计数器 CPU 的支持。其精度相对于基于事件的采样要低。因为要借助 OS时钟中断的支持，对禁用中断的代码oprofile不能对其进行分析。

oprofile 在Linux 上分两部分，一个是内核模块(oprofile.ko)，一个为用户空间的守护进程(oprofiled)。前者负责访问性能计数器或者注册基于时间采样的函数(使用register_timer_hook注册之，使时钟中断处理程序最后执行profile_tick 时可以访问之)，并采样置于内核的缓冲区内。后者在后台运行，负责从内核空间收集数据，写入文件。


2. oprofile 的安装

以龙芯2F平台为例，要使用oprofile 首先得采用打开oprofile支持的内核启动。然后安装下面3个软件包：oprofile, oprofile-common, oprofile-gui，其中核心软件包是oprofile-common，其包括以下工具集：

/usr/bin/oprofiled       守护进程
  /usr/bin/opcontrol       控制前端，负责控制与用户交互，用得最多  
  /usr/bin/opannotate     根据搜集到的数据，在源码或者汇编层面上注释并呈现给用户
  /usr/bin/opreport       生成二进制镜像或符号的概览
  /usr/bin/ophelp       列出oprofile支持的事件
  /usr/bin/opgprof       生成gprof格式的剖析数据
  ...


目前oprofile 在龙芯2F上已经移植好了，包括用户空间的工具集软件包，亦可用矣。


3. oprofile 快速上手

a. 初始化

  opcontrol --init

  该命令会加载oprofile.ko模块，mount oprofilefs。成功后会在/dev/oprofile/目录下导出一些文件和目录如： cpu_type, dump, enable, pointer_size, stats/

b. 配置

  主要设置计数事件和样本计数，以及计数的CPU模式（用户态、核心态）

  opcontrol --setup --event=CYCLES:1000::0:1

  则是设置计数事件为CYCLES，即对处理器时钟周期进行计数
  样本计数为1000，即每1000个时钟周期，oprofile 取样一次。
  处理器运行于核心态则不计数
  运行于用户态则计数

  --event=name:count:unitmask:kernel:user

  name:   event name, e.g. CYCLES or ICACHE_MISSES
  count:   reset counter value e.g. 100000
  unitmask: hardware unit mask e.g. 0x0f
  kernel:   whether to profile kernel: 0 or 1
  user:   whether to profile userspace: 0 or 1

c. 启动

  opcontrol --start


d. 运行待分析之程序

  ./ffmpeg -c cif -vcodec mpeg4 -i /root/paris.yuv paris.avi

e. 取出数据

  opcontrol --dump
  opcontrol --stop

f. 分析结果

  opreport -l ./ffmpeg


则会输出如下结果：

CPU: GODSON2E, speed 0 MHz (estimated)
Counted CYCLES events (Cycles) with a unit mask of 0x00 (No unit mask) count 10000
samples %   symbol name
11739   27.0148 pix_abs16_c
6052   13.9274 pix_abs16_xy2_c
4439   10.2154 ff_jpeg_fdct_islow
2574   5.9235 pix_abs16_y2_c
2555   5.8798 dct_quantize_c
2514   5.7854 pix_abs8_c
2358   5.4264 pix_abs16_x2_c
1388   3.1942 diff_pixels_c
964   2.2184 ff_estimate_p_frame_motion
852   1.9607 simple_idct_add
768   1.7674 sse16_c
751   1.7283 ff_epzs_motion_search
735   1.6914 pix_norm1_c
619   1.4245 pix_sum_c
561   1.2910 mpeg4_encode_blocks
558   1.2841 encode_thread
269   0.6190 put_no_rnd_pixels16_c
255   0.5868 dct_unquantize_h263_inter_c

......


4. 例子

oprofile 可以分析处理器周期、TLB 失误、分支预测失误、缓存失误、中断处理程序，等等。你可以使用 opcontrol --list-events 列出当前处理器上可监视事件列表。

下面分析一个编写不当的例子：


[带有cache问题的代码cache.c]
+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

 

int matrix[2047][7];
void bad_access()
{
int k, j, sum = 0;
for(k = 0; k < 7; k++)
   for(j = 0; j < 2047; j++)
       sum += matrix[j][k] * 1024;
}
int main()
{
   int i;
   for(i = 0; i< 100000; i++)
       bad_access();
   return 0;
}