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Oracle Solaris Studio 12.2: パフォーマンスアナライザ |
時間ベースのプロファイリングとハードウェアカウンタオーバーフローのプロファイリング
<no Java callstack recorded> 関数
ハードウェアカウンタオーバーフロープロファイルに関連する関数
各イベントのデータには、高分解能のタイムスタンプ、スレッド ID、LWP ID、プロセッサ ID が含まれます。パフォーマンスアナライザでは、この最初の 3 つのデータを使用して、時間、スレッド、LWP、または CPU によるメトリックスのフィルタ処理を実行できます。プロセッサ ID については、getcpuid(2) のマニュアルページを参照してください。getcpuid を利用できないシステムでのプロセッサ ID は -1 であり、Unknown にマップされます。
各イベントでは、共通データ以外に、以降の節で説明する固有の raw データが生成されます。これらの節ではまた、raw データから得られるメトリックスの精度と、データ収集がメトリックスに及ぼす影響についても説明しています。
時間ベースのプロファイリングのイベント固有のデータは、プロファイル間隔カウント値の配列で構成されています。Solaris OS の場合は、間隔カウンタが提供されます。プロファイル間隔の最後で適切な間隔カウンタが 1 増分され、別のプロファイル信号がスケジューリングされます。この配列が記録され、リセットされるのは、Solaris LWP スレッドが CPU ユーザーモードに入った場合だけです。配列のリセット時には、ユーザー CPU 状態の配列要素が 1 に設定され、ほかの全状態の配列要素が 0 に設定されます。配列データが記録されるのは、配列がリセットされる前にユーザーモードに入るときです。したがって、配列には、Solaris LWP ごとにカーネルが保持する 10 個のマイクロステートのそれぞれについて、ユーザーモードに前回入って以降の各マイクロステートのカウントの累計値が含まれます。Linux OS ではマイクロステートは存在せず、利用できる間隔カウンタはユーザー CPU 時間だけです。
呼び出しスタックは、データと同時に記録されます。プロファイル間隔の最後で Solaris LWP がユーザーモードでない場合は、LWP またはスレッドが再びユーザーモードになるまで、呼び出しスタックの内容は変わりません。すなわち、呼び出しスタックには、各プロファイル間隔の最後のプログラムカウンタの位置が常に正確に記録されます。
表 6-1 に、各マイクロステートとメトリックスの、Solaris OS における対応関係を示します。
表 6-1 カーネルのマイクロステートとメトリックスとの対応関係
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このため、ほかの統計的な標本収集手法と同様に、あらゆる誤差の影響を受けます。プログラムの実行時間が非常に短い場合は、少数のプロファイルパケットしか記録されず、多くのリソースを消費するプログラム部分が、呼び出しスタックに反映されないことがあります。このため、目的の関数またはソース行について数百のプロファイルパケットを蓄積するのに十分な時間または十分な回数に渡って、プログラムを実行するようにしてください。
統計的な標本収集の誤差のほかに、データの収集?関連付け方法、システムにおけるプログラムの実行の進み具合を原因とする誤差もあります。次に示す環境などでは、タイミングメトリックスでデータに不正確さやひずみが生じる可能性があります。
Solaris LWP または Linux スレッドが作成されるとき、最初のプロファイルパケットが記録されるまでの時間はプロファイル間隔より短いですが、プロファイル間隔全体の時間が、最初のプロファイルパケットに記録されるマイクロステートに帰せられます。多数の LWP またはスレッドが作成される場合、誤差はプロファイル間隔の数倍になることがあります。
Solaris LWP または Linux スレッドが破壊されるとき、最後のプロファイルパケットが記録されてから、少し時間が費やされます。多数の LWP またはスレッドが破壊される場合、誤差はプロファイル間隔の数倍になることがあります。
プロファイル間隔中に LWP またはスレッドの再スケジューリングが行われることがあります。このため、LWP について記録された状態に、プロファイル間隔の大半を費やしたマイクロステートが反映されないことがあります。Solaris LWP または Linux スレッドの方がそれらを実行するプロセッサの個数より多いほど、誤差は大きくなる可能性があります。
プログラムがシステムクロックと相関関係を持つ形で動作することがあります。この場合、Solaris LWP または Linux スレッドが費やされた時間のごく一部を表す状態にあるときに、常にプロファイル間隔の時間切れになり、プログラムの特定部分について記録された呼び出しスタックの出現回数が実際より多くなります。マルチプロセッサシステムでは、プロファイルシグナルによって相関関係が生じる場合があります。プログラムの LWP を実行中にプロファイルシグナルによって中断されたプロセッサが、マイクロステートの記録時にトラップ CPU マイクロステートになる可能性があります。
カーネルは、プロファイル間隔の時間切れになったときにマイクロステート値を記録します。システムが過負荷状態の場合、この値に、プロセスの本当の状態が反映されないことがあります。Solaris OS では、この結果、トラップ CPU または CPU 待ちマイクロステート値が実際より大きくなることがあります。
システムクロックと外部ソースとの同期がとられている場合、プロファイルパケットに記録されるタイムスタンプはプロファイル間隔を反映しませんが、システムクロックに対して施された調整結果は組み込まれます。 システムクロック調整の結果、プロファイルパケットが失われたかのように見える可能性があります。その時間は通常数秒間であり、調整は一定の増分単位で行われます。
動作クロック周波数が動的に変わるマシンで記録される実験は、プロファイリングの不正確さが生じることがあります。
これらの不正確さのほかに、データ収集処理そのものが原因でタイミングメトリックスが不正確になります。記録はプロファイルシグナルによって開始されるため、プロファイルパケットの記録に費やされた時間が、プログラムのメトリックスに反映されることはありません。これは、相関関係の別の例です。記録に費やされたユーザー CPU 時間は、記録されるあらゆるマイクロステート値に配分されます。この結果、ユーザー CPU 時間のメトリックが実際より小さくなり、その他のメトリックスが実際より大きくなります。デフォルトのプロファイル間隔の場合、一般に、データの記録に費やされる時間は CPU 時間の 2、3% 未満です。
時間ベースの実験のプロファイリングで得られたタイミングメトリックスと、その他の方法で得られた時間を比較する場合は、次の点に注意する必要があります。
シングルスレッドアプリケーションの場合、1 つのプロセスについて記録された Solaris LWP または Linux スレッドの合計時間は、同じプロセスについて gethrtime (3C) によって返される値と比較して、誤差は数十分の 1 パーセントです。CPU 時間の場合は、同じプロセスについて gethrvtime(3C) によって返される値と比較して、数パーセント程度異なることがあります。負荷が大きい場合は、差がさらに大きくなることがあります。ただし、CPU 時間の差は規則的なひずみを表すものではなく、関数、ソース行などについて報告される相対時間に大きなひずみはありません。
Solaris OS の非結合スレッドを使用するマルチスレッドアプリケーションの場合、gethrvtime() によって返される値の差が無意味であることがあります。これは、gethrvtime() は LWP について値を返し、スレッドは LWP ごとに異なることがあるからです。
パフォーマンスアナライザの報告する LWP 時間が、vmstat の報告する時間とかなり異なることがあります。これは、vmstat が CPU 全体にまたがって集計した時間を報告するためです。たとえば、ターゲットプロセスの LWP 数が、そのプロセスが動作するシステムの CPU 数よりも多い場合、アナライザは、vmstat が報告する時間よりもずっと長い待ち時間を報告します。
パフォーマンスアナライザの「統計」タブと er_print 統計ディスプレイに表示されるマイクロステート時間値は、プロセスファイルシステムの /proc 使用報告に基づいており、この報告には、マイクロステートで費やされる時間が高い精度で記録されます。詳細は、proc (4) のマニュアルページを参照してください。これらのタイミング値と <Total> 関数 (プログラム全体を表す) のメトリックスを比較することによって、集計されたタイミングメトリックスのおおよその精度を知ることができます。ただし、「統計」タブに表示される値には、<Total> のタイミングメトリック値に含まれないそのほかの関連要素が含まれることがあります。その原因は、データ収集が一時停止される期間によるものです。
ユーザー CPU 時間とハードウェアカウンタサイクル時間は異なります。なぜなら、ハードウェアカウンタは、CPU モードがシステムモードへ切り替えられたときにオフにされるからです。詳細は、「トラップ」を参照してください。
コレクタは、スレッドライブラリ libthread.so 内の関数の呼び出し、またはリアルタイム拡張ライブラリ librt.so の呼び出しをトレースすることによって、同期遅延イベントを収集します。イベント固有のデータは、要求と許可 (トレース対象の呼び出しの始まりと終わり) の高分解能のタイムスタンプと、同期オブジェクト (要求された相互排他ロックなど) のアドレスとで構成されます。スレッド ID と LWP ID は、データが記録された時点での ID です。待ち時間は、要求時刻と許可時刻の時間差で示されます。記録されるイベントは、指定したしきい値を要求と許可の時間差が超えたものだけです。同期待ちトレースデータは、許可時に実験ファイルに記録されます。
遅延の原因となったイベントが完了しないかぎり、待ちスレッドがスケジューリングされている LWP がほかの作業を行うことはできません。この待ち時間は、「同期待ち時間」と「ユーザーロック時間」の両方に反映されます。同期遅延しきい値は短時間の遅延を排除するので、「ユーザーロック時間」が「同期待ち時間」よりも大きくなる可能性があります。
待ち時間は、データ収集のオーバーヘッドによってひずみます。そして、このオーバーヘッドは、収集されたイベントの個数に比例します。オーバーヘッドに費やされる待ち時間の一部は、イベント記録のしきい値を大きくすることによって最小化できます。
ハードウェアカウンタオーバーフローのプロファイルデータには、カウンタ ID とオーバーフロー値が含まれます。この値は、カウンタがオーバーフローするように設定されている値よりも大きくなることがあります。これは、オーバーフローが発生して、そのイベントが記録されるまでの間に命令が実行されるためです。この値は特に、浮動小数点演算やキャッシュミスなどのカウンタよりも、ずっと頻繁に増分されるサイクルカウンタや命令カウンタの場合に大きくなる可能性があります。イベント記録時の遅延はまた、呼び出しスタックとともに記録されたプログラムカウンタのアドレスが正確にオーバーフローイベントに対応しないことを意味します。詳細は、「ハードウェアカウンタオーバーフローの関連付け」を参照してください。また、「トラップ」も参照してください。トラップおよびトラップハンドラは、ユーザーの CPU 時間とサイクルカウンタによって報告される時間の間の、大きな相違の原因になることがあります。
動作クロック周波数が動的に変わるマシンで記録される実験では、サイクルベースのカウントから時間への変換で不正確さが生じます。
収集されるデータ量は、オーバーフロー値に依存します。選択した値が小さすぎると、次のような影響が出ることがあります。
データの収集に費やされる時間が、プログラムの実行時間のかなりの部分を占めることがあります。収集実行では、プログラムの実行ではなく、オーバーフローの処理とデータの書き込みに時間のかなりが費やされる場合があります。
カウントのかなりの部分の原因がデータ収集であることがあります。こうしたカウントは、コレクタ関数の collector_record_counters によるものです。この関数のカウントが大きい場合は、オーバーフロー値が小さすぎます。
データ収集によってプログラムの動作が変わることがあります。たとえば、キャッシュミスのデータの収集では、キャッシュミスの大半が、コレクタの命令のフラッシュとキャッシュからのデータのプロファイリング、プログラム命令とデータとの置き換えによるものです。プログラムで多くのキャッシュミスが発生するように見えますが、データ収集を行わなければキャッシュミスはごくわずかであった可能性があります。
コレクタは、メモリーの割り当てと割り当て解除の関数である malloc、realloc、memalign、free に割り込むことによって、これらの関数の呼び出しに関するトレースデータを記録します。メモリーを割り当てるときにこれらの関数を迂回するプログラムの場合、トレースデータは記録されません。別のメカニズムが使用されている Java メモリー管理では、トレースデータは記録されません。
トレース対象の関数は、さまざまなライブラリから読み込まれる可能性があります。パフォーマンスアナライザで表示されるデータは、読み込み対象の関数が属しているライブラリに依存することがあります。
短時間で大量のトレース対象関数を呼び出すプログラムの場合、プログラムの実行に要する時間が大幅に長くなることがあります。延びた時間は、トレースデータの記録に使用されます。
データ空間プロファイリングは、メモリ参照に対して使用されるハードウェアカウンタプロファイリングの拡張版です。ハードウェアカウンタプロファイリングでは、メトリックスをユーザー関数、ソース行、および命令に割り当てることができますが、参照されるデータオブジェクトに割り当てることはできません。デフォルトでは、コレクタはユーザー命令アドレスのみを取得します。データ空間プロファイリングが有効な場合、コレクタはデータアドレスも取得します。バックトラッキングとは、データ空間プロファイリングをサポートするパフォーマンス情報の取得に使用されるテクニックです。バックトラッキングが有効な場合、コレクタは、ハードウェアカウンタイベント前に発生したロード命名またはストア命令に戻って、そのイベントの原因になった可能性のある命令の候補を1つ見つけます。
データ空間プロファイリングを可能にするには、ターゲットは、-xhwcprof フラグと -xdebugformat=dwarf -g フラグを付けて SPARC アーキテクチャー用にコンパイルされた C プログラムである必要があります。さらに、収集されるデータは、メモリー関係のカウンタのハードウェアカウンタプロファイルでなければならず、カウンタ名の前に + 記号を付加する必要があります。パフォーマンスアナライザには、データ空間プロファイリング関係のタブとして、「データオブジェクト」タブと「データレイアウト」タブのほか、メモリーオブジェクト用の各種のタブが含まれています。
データ空間プロファイリングは、プロファイル間隔の前にプラス記号 (+) を付加することで、時間ベースのプロファイリングとともに実施できます。
引数なしで collect を実行すると、ハードウェアカウンタが一覧表示され、それらが、ロード関係なのか、ストア関係なのか、ロード-ストア関係なのかが示されます。「ハードウェアカウンタオーバーフローのプロファイルデータ」を参照してください。
MPI トレースは、VampirTrace データコレクタの修正版をベースにしています。詳細は、Technische Universität Dresden Web サイトにある『Vampirtrace User Manual』を参照してください。
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