[发明专利]基于PMU的并行程序性能监测分析方法

说明书

本发明涉及一种基于PMU的并行程序性能监测分析方法，属于计算机软件技术领域。本发明基于性能事件，为程序开发者提供目标程序运行引起的微体系性能事件特征。同时，能够结合抽样方法和编译技术，将提取的数据特征与其在应用程序代码中的位置相对应，帮助程序开发者反思程序设计本身的问题。本发明不涉及任何关于算法本身的直接信息，因而对程序本身的执行几乎不会造成任何明显的干扰。该方法为并行程序的性能监测提供技术保障和应用支撑。

技术领域

本发明涉及计算机软件技术领域，具体涉及一种基于PMU的并行程序性能监测分析方法。

背景技术

随着大规模集成电路设计技术的发展，提高单核处理器性能一直是传统微处理器结构设计的目标，多年来人们一直通过提高芯片晶体管的数量达到提高性能的目的。然而，晶体管增加在提高性能的同时使得处理器的功耗变大且频率也达到限制，半导体技术几乎达到物理的极限，很难再通过提高处理器的主频来提高处理器的性能。然而，随着手机通讯、嵌入式系统、航空航天事业的发展，对处理器体系结构提出了新的要求，且日益复杂的多媒体、科学计算等多个应用领域呼吁一个更加强大的计算性能的计算机。与此同时，并行程序的设计也变得越来越重要。然而由于硬件结构、软件平台的差异，并行程序在不同的平台上运行时的调试技术、性能效率等存在较大的差异。在并行程序编程实践中，如何获得实际的高性能已经超出了传统的基于算法复杂度的分析，通过实际运行程序进行在线监测的性能剖析的方法变得尤为重要。

当前，对程序运行状况的在线监测普遍采用的是instrumentation。该技术通过在程序中静态或动态地插入额外的代码区观察程序的实际运行情况，可以帮助程序开发者理解程序的执行轨迹和与系统的交互行为。

现有的并行程序调试及性能分析工具主要分为基于PVM并行平台、基于MPI并行平台和跨平台三种。其中，国外比较著名的并行调试及性能分析工具有XPVM、Paradyn、XMPI、SCALEA和TotalView等；国内比较著名的并行程序为可视化工具有运行于曙光系列上的ParaVision和DCDB等。

虽然instrumentation技术可以观察并行程序的实际运行情况，对其进行监测，但是，该方法由于向原程序中插入了额外的代码，会对程序本身的执行造成较大的干扰，造成监测结果的不稳定性。此外，现有国内外并行程序调试及性能分析工具对并行环境的依赖性比较强，在系统平台的可移植性、功能扩展性和健壮性放面有一定的局限。例如，TotalView在符号调试中增加了多线程的窗门，并可以实现数组的可视化，但是数组查看只能针对单个进程。同样，Guide-View用于辅助用户理解OpenMP程序的性能，但缺乏自动性能的瓶颈分析的能力。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何设计一种对程序运行本身不造成干扰，实现简单的并行程序性能监测分析方法。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于PMU的并行程序性能监测分析方法，包括以下步骤：

第一步：设计性能驱动器和性能分析器，所述性能驱动器用于实现基于性能计数器PMU的指定进程的采样，所述性能分析器用于解析用户输入的命令和参数，根据该命令和参数确定PMU参数，将PMU参数封装成数据结构，以系统调用的方式将PMU参数传递给性能驱动器，再调用性能驱动器开启PMU；还用于在系统调用返回时，读取性能驱动器保存的采样结果数据；

第二步：运行性能分析器，解析用户输入的命令和参数，根据该命令和参数确定PMU参数，将PMU参数封装成数据结构，以系统调用的方式将PMU参数传递给性能驱动器，再调用性能驱动器开启PMU；

第三步：运行性能驱动器，实现基于性能计数器PMU的指定进程的采样；

第四步：性能驱动器向性能分析器传递采样结果数据。