在代碼中使用PCM(Processor Counter Monitor)

PCM功能簡介：

Intel-pcm提供了一系列監控CPU核心、Cache、內存控制器和內存DIMM芯片的硬件事件次數，相關寄存器值，硬件性能指標的接口。

主要內容：

主要對外的類和接口集中定義在文件cpucounters.h，代碼地址爲 https://github.com/opcm/pcm

• 定義了核心PCM類和四種系統狀態類，即SystemCounterState，SocketCounterState 和 CoreCounterState和ServerUncorePowerState。
• 定義了獲取系統狀態的三類接口。
  • 獲取當前整個系統範圍的狀態：SystemCounterState getSystemCounterState()
  • 獲取當前某個CPU插槽（socket）範圍的狀態：SocketCounterState getSocketCounterState(uint32 socket)
  • 獲取當前某個CPU（邏輯）核心範圍的狀態：CoreCounterState getCoreCounterState(uint32 core)
• 實現了獲取一段時間內以及特定時刻硬件事件的計數接口。
  • 時鐘週期：獲得期間內DRAM和多通道DRAM(MCDRAM)，能量控制單元PCU和快速通道互聯(QPI)的時鐘週期數。例如getDRAMClocks, getMCDRAMClocks, getPCUClocks, getQPIClocks。
  • Performance Monitor Unit (PMU)計數器：獲得期間內內存控制器MC，能量控制單元PCU，以及嵌入式DRAM控制器的PMU計數器值。例如：getMCCounter, getPCUCounter, getEDCCounter
  • Cache訪問：獲得期間內L2和L3 Cache的命中/缺失率、Miss數量，此外還能統計L3 Cache的佔空比，L3 Cache訪問命中次數中由Snoop協議引發的數量。例如getL2CacheHits, getL2CacheHitRatio, getL3CacheMisses, getL3CacheOccupancy, getL3CacheHitsSnoop。
  • Memory傳輸：
    獲得期間內內存傳輸帶寬，處理器從各種內存（包括DRAM、Persistent Memory和嵌入式DRAM)中讀取/寫回的字節總數，對內存的IO請求字節數。例如getLocalMemoryBW, getBytesReadFromMC, getBytesWrittenToMC, getIORequestBytesFromMC。
  • 處理器核心：獲得期間內單個處理器核心/整個系統的IPC、退役指令數、時鐘週期數和平均時鐘頻率。例如getIPC, getInstructionsRetire, getExecUsage, getCycles, getAverageFrequency。
  • 能耗：獲得期間內處理器和DRAM的耗能數量。例如getConsumedEnergy, getDRAMConsumedEnergy, getConsumedJoules。
  • Quick-Path Interconnect (QPI)： 獲得期間內QPI不同QPI連接之間的數據傳輸量。例如getIncomingQPILinkBytes, getOutgoingQPILinkBytes。

使用示例：

• 編譯PCM庫，在linux環境下使用make命令編譯後會在編譯目錄下生成libPCM.a靜態鏈接庫。

• 統計示例代碼造成的L3 Miss和DRAM讀寫數量，示例代碼如下：

  /* filename: test.cc */
#include <iostream>
#include <cstdint>
#include "cpucounters.h"

using std::cout;
int main(void) {
    //新建一個PCM實例
    PCM* pcm_ = PCM::getInstance();
    auto status = pcm_->program();
    const int TEST_SCALE = 10000;
    int * arr = new int[TEST_SCALE];
    uint32_t check_sum = 0;
    //我們希望監控整個系統的硬件數值
    SystemCounterState before_sstate = getSystemCounterState();
        for(int i = 0; i < TEST_SCALE; i++) {
            check_sum = (check_sum + arr[i]) % (1 << 16 - 1);
        }
    SystemCounterState after_sstate = getSystemCounterState();
    // 獲取區間內的統計數值
    std::cout << "\tL3 misses: " << getL3CacheMisses(before_sstate, after_sstate) << "\n"
              << "\tDRAM Reads (bytes): " << getBytesReadFromMC(before_sstate, after_sstate) << "\n"
              << "\tDRAM Writes (bytes): " << getBytesWrittenToMC(before_sstate, after_sstate) << "\n";

	delete []arr;
	return 0;
}

• 使用命令編譯示例代碼 g++ test.cc -Ipcm -Lpcm -lPCM -pthread -o test編譯test.cc，其中-I選項添加頭文件目錄pcm，-L選項添加鏈接庫目錄pcm，-l 選項指定靜態鏈接庫libPCM.a。

• 編譯生成後使用命令modprobe msr提供訪問Model-Specific Register，MSR的訪問權限。

• 在root權限下運行test可執行文件，得到統計結果。