基于动态二进制翻译的硬件支持Profiling方法研究

摘要

Profiling是指对程序运行时信息的统计和收集,可以利用收集的profile信息来进行系统的优化。一个好的profiling系统可以给整个程序或系统带来很大的性能提升。其中,使用软硬件协同设计的profiling系统可以有效地降低系统开销,从而取得更大的性能提升。软硬件协同设计方法改变了传统基于纯软件的系统结构和各单元分工,充分发挥软件和硬件的优点,用硬件加速来缓解整个系统的性能瓶颈,从而达到更好的整体系统性能。相比纯软件实现的基于动态二进制翻译的profiling系统有显著的性能提升,并提高对用户的透明性。传统的动态二进制翻译器采用的profiling策略分为三种：基于基本块、基于跳转边、基于路径。一般地,使用纯软件的profiling系统会带来平均30%的性能开销。如果在动态优化中得到硬件的支持,系统的整体性能将显著的提高。其中,软硬件协同设计中的难点就是软硬件之间的通信开销和软硬件划分。本文针对动态二进制翻译中的优化阶段,使用硬件支持的profiling技术来取代纯软件的profiling技术,把软硬件之间的通信开销降到最低,并以此来提高动态二进制翻译的整体性能。本论文基于自主开发的动态二进制翻译器CrossBit,采用硬件支持的profiling技术来降低CrossBit的系统开销,从而提高系统的整体性能。研究内容主要包括：整个动态二进制翻译系统的软硬件划分、软件与硬件之间如何实现高效的通信、以及硬件如何高效地收集profile信息。本论文提出了一套使用硬件支持profiling技术来降低动态二进制翻译器的系统开销,从而可以获得更好的系统性能的新方法。本文基于CrossBit平台上实现了硬件支持的profiling系统,主要针对收集Profile信息的系统开销和准确性做了详细设计和实现,并通过SPEC CPU2000基准测试程序进行验证。实验数据表明,由于收集profile信息而导致的系统开销大约是2.7%,从而证明本文提出并实现的基于动态二进制翻译的硬件支持profiling系统可以以较小的开销实现准确的profile信息收集。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究目标

1.3 论文的主要工作

1.4 论文结构

第二章 动态二进制翻译系统CrossBit 及其软件Profiling

2.1 二进制翻译的过程

2.2 动态二进制翻译器CrossBit

2.2.1 动态二进制翻译

2.2.2 CrossBit

2.3 软件Profiling

基于基本块profile 信息的热路径识别

基于跳转边(edge)profile 信息的热路径识别

基于路径(path)profile 信息的热路径识别

2.4 二进制翻译技术面临的挑战

2.5 本章小节

第三章 基于软硬件协同设计Profiling 系统的研究

3.1 引言

3.2 基于抽样的软硬件协同设计的Profiling 系统

3.3 基于代码探测的软硬件协同设计的Profiling 系统

3.4 本章小结

第四章 基于CrossBit 的硬件支持Profiling 系统设计与实现

4.1 基于CrossBit 的硬件支持Profiling 系统的流程

4.2 基于CrossBit 的硬件支持Profiling 的具体实现

4.2.1 基本块Profiling 具体实现

4.2.2 具体实现中碰到的问题和解决方法

4.3 本章小结

第五章 基于CrossBit 的硬件支持的Profiling 系统性能评测

5.1 评测范畴

5.2 实验方案

5.2.1 Profiling 开销分析

5.2.2 Profiling 的准确性分析

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 论文总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间的科研及学术论文

科研项目

学术论文

专利