PTLsim User Manual Notes

2008.07.18

第一部分

PTLsim User Guide

1.Introduction

• 两种版本– Classic version：单线程， userspace linux a

pplication– PTLsim/X：支持 full system simulation，多处理器，多线程（ SMT模型），周期精确的虚拟设备时序模型， deterministic time dilation

4.Code Base

• C + C++

• 只用到了 C++的模板，类，操作符重载• 使用了一个自己的模板库 SuperSTL取代 C

++的 STL

• 暂时跳过

5.X86 Instructions

• 暂时跳过• 讲了一些 x86相关的结构

6.Decoder Architecture and Basic Block Cache

• 暂时跳过

7.PTLsim Support Subsystems

• 讲了一些 PTLsim支持的特性，如内存管理，Uop应用，垃圾收集等

• 粗略浏览

8.Statistics Collection and Analysis

• 统计信息可以通过设置 -stats filename来获得，输出的将是一个二进制的文件，通过 PTLstat来将该文件转换为用户可以阅读的格式

• 建议在 stats.h中添加自己的 counters，这样就能利用 PTLsim的统计功能，一些特殊的注释可以用来帮助输出格式化的信息

• 主要讲了一些 PTLsim的统计信息的工具，利用这些工具能够方便的输出图形，表格等。 PTLstats使用方法。

9.Benchmarking Techniques

• 讲了怎样使用 benchmark， PTLsim的方法是在benchmark的源码中添加 ptlsim的函数调用以切换模拟态和 native态

• 不能用 IPC来比较 x86和 RISC的处理器性能，甚至不能用 IPC来比较 x86处理器之间的性能，应该采用实际完成的模拟周期数比较性能。

• PTLsim不支持跳过 X条指令执行接下来的 N条指令，可以结合 trigger point和 snapshot的方法实现之。

• Sequential core速度比 ooo core要快，不计算

第二部分

PTLsim Classic: Userspace Linux Simulation

10.Getting Started with PTLsim

• 配置文件可以存在 /home/username/.ptlsim下

• 选项：– -logfile filename– -loglevel level– -startlog cycle– -startlogrip rip

• PTLsim维持一个事件的缓冲环，通过 -ringbuf来 enable

11.PTLsim Classic Internals

• PTLsim有自己的内部内存管理和线程管理，不使用标准库。将自己 inject到其它进程中以控制它们。与 Linux内核联系紧密。

• 在main()开始前先调用 ptlsim_preinit()建立自己的内存管理和线程环境

• 实现的方法： fork()，然后用子进程 exec()• Simulation：main()调用 init_config()读入配置• Ooo core包括扩展的调试和完整性检查的断言。也可用 g

db调试。• 需要将 CPU保持在某个固定的频率上（有的 CPU会自动降频）

• 也可手动发送 linux信号使 PTLsim切换运行模式

11.PTLsim Classic Internals

• Address Space： SPAT– 64位机器上，共 64KB的 bitmap（ 2^19位）可寻址每页 4KB共 2GB的空间，顶层共有 128K个这样的 bitmap，加起来寻址 48bit的虚拟内存空间。

– 32位机器上，只有一个 128KB的 bitmap（ 2^20位），寻址每页 4KB共 4GB的空间

• 当从 native模式切换成 simulation模式时， SPAT要通过 resync_with_process_maps()函数与系统的内存映射 /proc/self/maps保持一致（不同的内核版本，其内存映射文件格式也不同，可能需要修改 resync_with_process_maps()函数）。

第三部分

PTLsim/X: Full System SMP/SMT Simulation

12.Background

• Full system simulator可分为两种：– Hypervisor：在本机上执行大部分 unprivileged指令，模拟 privileged指令以保持虚拟机之间的隔离，使虚拟机与真实的 CPU之间几乎无区别。例如 Xen， VM Ware

• VM Ware使用 x86—x86的二进制转换技术，对于 I/O密集型的负载，性能损失严重。

• ESX是 VM Ware在 Guest OS下执行的 Hypervisor， GSX和Workstation则是用户空间的前端程序，包含各种虚拟设备驱动和二进制翻译器

• Virtual PC和 Parallels和 VM Ware类似• KVM是 linux内核 2.6.19之后集成的一个 hypervisor，需要

VT技术的支持。性能好。

12.Background

• Full system simulator：– Simulator：使用解释器执行周期精确的 x86指令，不在 native CPU上执行任何 guest指令。

• Bochs：开源，接近 RTL级描述，支持从 16位到 x86-64的指令。慢，不支持周期精确的 ooo x86模型

• QEMU：使用 x86-x86的二进制翻译，属于 hypervisor的范畴

• Simics：闭源，商业，同样使用 x86-x86的二进制翻译，不支持 x86指令以下的周期精确模型

• SimNow： AMD x86-64模拟器

12.Background

• Xen：– OS必须经过修改以支持一种新的芯片组。这种修改主要考虑页表和中断控制器。

13.Getting Started with PTLsim/X

• ptlctl：在模拟结束后必须给出相应的命令继续执行程序，否则程序将停止，这样就会造成无法输入命令的死锁状态。

• 也可以从别的 console输入命令• 可以从一个 snapshot开始模拟• 时间问题：提供了一系列修正时间膨胀问题的参数

14.PTLsim/X Architecture Details

• PTLsim/X三组件： Xen Modification, PTLsim Monitor, PTLsim Core– Xen Modification