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Sun Studio 12: パフォーマンスアナライザ

ハードウェアカウンタオーバーフローのプロファイルデータ

ハードウェアカウンタは、キャッシュミス、キャッシュストールサイクル、浮動小数点演算、分岐予測ミス、CPU サイクル、および実行対象命令といったイベントの追跡に使用されます。ハードウェアカウンタオーバーフローのプロファイルでは、LWP が動作している CPU の特定のハードウェアカウンタがオーバーフローしたときに、コレクタはプロファイルパケットを記録します。この場合、そのカウンタはリセットされ、カウントを続行します。プロファイルパケットには、オーバーフロー値とカウンタタイプが入っています。

各種の CPU ファミリが 2 〜 18 個の同時ハードウェアカウンタレジスタをサポートしています。コレクタは、複数のレジスタ上でデータを収集できます。各レジスタごとに、オーバーフローを監視するカウンタの種類を選択し、カウンタのオーバフロー値を設定することができます。ハードウェアカウンタには、任意のレジスタを利用できるものもあれば、特定のレジスタしか利用できないものもあります。このことは、1 つの実験であらゆるハードウェアカウンタの組み合わせを選択できるわけではないことを意味します。

パフォーマンスアナライザは、ハードウェアカウンタのオーバーフロープロファイルデータをカウントメトリックに変換します。循環型のカウンタの場合、報告されるメトリックは時間に変換されます。非循環型のカウンタの場合は、イベントの発生回数になります。複数の CPU を搭載したマシンの場合、メトリックの変換に使用されるクロック周波数が個々の CPU のクロック周波数の調和平均となります。プロセッサのタイプごとに専用のハードウェアカウンタセットがあり、またハードウェアカウンタの数が多いため、ハードウェアカウンタメトリックはここに記載していません。次の項で、どのような種類のハードウェアカウンタがあるかについて調べる方法を説明します。

ハードウェアカウンタの用途の 1 つは、CPU に出入りする情報フローに伴う問題を診断することです。たとえば、キャッシュミス回数が多いということは、プログラムを再構成してデータまたはテキストの局所性を改善するか、キャッシュの再利用を増やすことによってプログラムのパフォーマンスを改善できることを意味します。

一部のハードウェアカウンタは、同様の情報または関連情報を示します。たとえば、分岐予測ミスが発生すると、間違った命令が命令キャッシュに読み込まれ、これらの命令を正しい命令と置換しなければならなくなるため、分岐予測ミスと命令キャッシュミスが関連付けられることがよくあります。置換により、命令キャッシュミス、命令変換ルックアサイドバッファー (ITLB) ミス、またはページフォルトが発生する可能性があります。

多くの場合、ハードウェアカウンタオーバーフローは、イベントと対応するイベントカウンタにオーバーフローを発生させた命令のあとに 1 つまたは複数の命令をはさんで送られます。これは「スキッド」と呼ばれ、カウンタオーバーフロープロファイルの解釈を困難にします。原因となる命令を正確に識別するためのハードウェアサポートがないと、候補の原因となる命令の適切なバックトラッキング検索が行われる場合があります。

そのようなバックトラッキングが収集中にサポートされて指定されると、ハードウェアカウンタプロファイルパケットにはさらに、ハードウェアカウンタイベントに適した候補の、メモリー参照命令の PC (プログラムカウンタ) と EA (有効アドレス) が組み込まれます。解析中の以降の処理は、候補のイベント PC と EA を有効にするのに必要です。メモリー参照イベントに関するこのような追加情報があると、各種のデータ指向解析が容易になります。

候補のイベント PC と EA のバックトラッキングおよび記録も、時間プロファイルで指定できます。

ハードウェアカウンタのリスト

ハードウェアカウンタはプロセッサ固有であるため、どのカウンタを利用できるかは、使用しているプロセッサによって異なります。パフォーマンスツールには、よく使われると考えられるいくつかのカウンタの別名が用意されています。コレクタから特定システム上で利用できるハードウェアカウンタの一覧を取り出すには、引数を付けないで collect をそのシステム上の端末ウィンドウに入力します。プロセッサとシステムがハードウェアカウンタプロファイルをサポートしている場合、collect コマンドは、ハードウェアカウンタに関する情報が入った 2 つのリストを出力します。最初のリストには「既知の」(別名を持つ) ハードウェアカウンタが入っており、2 番目のリストには、raw ハードウェアカウンタが入っています。

次に、カウンタリストに含まれるエントリの表示例を示します。既知と考えられるカウンタはリストの最初に表示され、そのあとに raw ハードウェアカウンタのリストが表示されます。この例の出力行はすべて、印刷用に書式が整えられています。


Well known HW counters available for profiling:
cycles[/{0|1}],9999991 (’CPU Cycles’, alias for Cycle_cnt; CPU-cycles)
insts[/{0|1}],9999991 (’Instructions Executed’, alias for Instr_cnt; events)
dcrm[/1],100003 (’D$ Read Misses’, alias for DC_rd_miss; load events)
...
Raw HW counters available for profiling:
Cycle_cnt[/{0|1}],1000003 (CPU-cycles)
Instr_cnt[/{0|1}],1000003 (events)
DC_rd[/0],1000003 (load events)

既知のハードウェアカウンタリストの形式

既知のハードウェアカウンタリストでは、最初のフィールド (たとえば、cycles) は、collect コマンドの -h counter... 引数に使用できる別名を示します。この別名は、 er_print コマンド内で使用する識別子でもあります。

リストの 2 番目のフィールドには、そのカウンタに使用可能なレジスタ、たとえば、[/{0|1}] が示されます。既知のカウンタの場合は、合理的なサンプルレートを提供するためにデフォルト値が選択されています。実際のレートは、かなり変化するため、デフォルト以外の値を指定する必要がある場合もあります。

3 番目のフィールドは、たとえば 9999991 など、カウンタのデフォルトのオーバーフロー値です。

4 番目のフィールドは、括弧で囲まれ、タイプ情報を含んでいます。これは、簡単な説明 (CPU Cycles など)、raw ハードウェアカウンタ名 (Cycle_cnt など)、およびカウントされる単位の種類 (CPU-cycles など) を提供し、最大 2 ワードまで含めることができます。

タイプ情報の最初のワードが、

タイプ情報の 2 番目または唯一のワードが、

例に示した既知のハードウェアカウンタリストでは、タイプ情報に 1 ワードが含まれており、最初のカウンタの場合は CPU-cycles で、2 番目のカウンタの場合は、events となっています。3 番目のカウンタでは、タイプ情報に load events という 2 ワードが含まれています。

raw ハードウェアカウンタリストの形式

raw ハードウェアカウンタリストに含まれる情報は、既知のハードウェアカウンタリストに含まれる情報のサブセットです。それぞれの行には、cpu-track(1) によって使用された内部カウンタ名、そのカウンタを使用できるレジスタ番号 (単数または複数)、デフォルトのオーバーフロー値、およびカウンタ単位が含まれており、カウンタ単位は CPU-cycles か Events です。

カウンタがプログラムの実行に関連のないイベントを測定する場合、タイプ情報の最初のワードは not-program-related になります。そのようなカウンタの場合、プロファイリングで呼び出しスタックが記録されませんが、その代わりに、擬似関数 collector_not_program_related で使用された時間が示されます。スレッドと LWP ID は記録されますが、意味がありません。

raw カウンタのデフォルトのオーバーフロー値は 1000003 です。この値は、ほとんどの raw カウンタでは最適ではないため、raw カウンタを指定するときにタイムアウト値を指定する必要があります。