Question

我想在指令级别对我的C代码进行统计分析。我需要知道我正在执行多少次加法，乘法，除法等。

这不是您通常的磨码分析要求。我是算法开发人员，我想估算将代码转换为硬件实现的成本。为此，我在运行时被问到指令调用故障（解析编译的程序集是不够的，因为它不考虑代码中的循环）。

环顾四周后，似乎VMware可能会提供一个可能的解决方案，但我仍然找不到能够跟踪我的进程的指令调用流的特定功能。

您是否了解启用此功能的任何分析工具？

Answer 1

我最终使用了一个微不足道但又有效的解决方案。

配置GDB通过调用显示下一条指令的反汇编（每次停止）：

display/i $pc

配置了一个简单的gdb脚本，该脚本在我需要分析的函数中断，并按指令进入步骤指令：
```
set $i=0
break main
run
while ($i<100000)
si
set $i = $i + 1
end
quit
```
使用我的脚本将输出转储到日志文件中执行gdb：

gdb -x script a.out > log.txt
分析日志以计算特定的指令调用。

原油，但它有效......

Answer 2

您可以使用pin-instat这是一个PIN工具。由于它记录的信息多于指令计数，因此它有点过于杀戮。它仍然应该比你的gdb方法更有效。

免责声明：我是pin-instat的作者。

Answer 3

Linux工具perf将为您提供大量的分析信息;具体而言，perf annotate将为您提供每指令相对计数。

可以使用perf annotate深入到指令级别。为此，您需要使用要注释的命令的名称调用perf annotate。带有样本的所有函数将被反汇编，每条指令将报告其相对百分比的样本：

perf record ./noploop 5
perf annotate -d ./noploop

------------------------------------------------
 Percent |   Source code & Disassembly of noploop.noggdb
------------------------------------------------
         :
         :
         :
         :   Disassembly of section .text:
         :
         :   08048484 <main>:
    0.00 :    8048484:       55                      push   %ebp
    0.00 :    8048485:       89 e5                   mov    %esp,%ebp [...]
    0.00 :    8048530:       eb 0b                   jmp    804853d <main+0xb9>
   15.08 :    8048532:       8b 44 24 2c             mov    0x2c(%esp),%eax
    0.00 :    8048536:       83 c0 01                add    $0x1,%eax
   14.52 :    8048539:       89 44 24 2c             mov    %eax,0x2c(%esp)
   14.27 :    804853d:       8b 44 24 2c             mov    0x2c(%esp),%eax
   56.13 :    8048541:       3d ff e0 f5 05          cmp    $0x5f5e0ff,%eax
    0.00 :    8048546:       76 ea                   jbe    8048532 <main+0xae> [...]

Answer 4

valgrind工具cachegrind可用于获取已编译程序集中每行的执行计数（第一列中的Ir值）。

Answer 5

QEMU用户模式-d in_asm

这是获取指令跟踪的另一种简单操作：

sudo apt-get install qemu-user
qemu-x86_64 -d in_asm main.out

让我们在x86_64三重问候世界中对其进行测试：

main.S

.text
.global _start
_start:
asm_main_after_prologue:
    mov $3, %rbx
write:
    mov $1, %rax    /* syscall number */
    mov $1, %rdi    /* stdout */
    mov $msg, %rsi  /* buffer */
    mov $len, %rdx  /* len */
    syscall
    dec %rbx
    jne write
exit:
    mov $60, %rax   /* syscall number */
    mov $0, %rdi    /* exit status */
    syscall
msg:
    .ascii "hello\n"
len = . - msg

改编自GitHub upstream。

组装并运行：

as -o main.o main.S 
ld -o main.out main.o
./main.out

标准输出：

hello
hello
hello

通过QEMU运行它会将指令跟踪输出到stderr：

warning: TCG doesn't support requested feature: CPUID.01H:ECX.vmx [bit 5]
host mmap_min_addr=0x10000
Reserved 0x1000 bytes of guest address space
Relocating guest address space from 0x0000000000400000 to 0x400000
guest_base  0x0
start            end              size             prot
0000000000400000-0000000000401000 0000000000001000 r-x
0000004000000000-0000004000001000 0000000000001000 ---
0000004000001000-0000004000801000 0000000000800000 rw-
start_brk   0x0000000000000000
end_code    0x00000000004000b8
start_code  0x0000000000400000
start_data  0x00000000004000b8
end_data    0x00000000004000b8
start_stack 0x00000040007fed70
brk         0x00000000004000b8
entry       0x0000000000400078
----------------
IN: 
0x0000000000400078:  mov    $0x3,%rbx
0x000000000040007f:  mov    $0x1,%rax
0x0000000000400086:  mov    $0x1,%rdi
0x000000000040008d:  mov    $0x4000b2,%rsi
0x0000000000400094:  mov    $0x6,%rdx
0x000000000040009b:  syscall 

----------------
IN: 
0x000000000040009d:  dec    %rbx
0x00000000004000a0:  jne    0x40007f

----------------
IN: 
0x000000000040007f:  mov    $0x1,%rax
0x0000000000400086:  mov    $0x1,%rdi
0x000000000040008d:  mov    $0x4000b2,%rsi
0x0000000000400094:  mov    $0x6,%rdx
0x000000000040009b:  syscall 

----------------
IN: 
0x00000000004000a2:  mov    $0x3c,%rax
0x00000000004000a9:  mov    $0x0,%rdi
0x00000000004000b0:  syscall

我希望这种方法相对较快。它可以通过读取输入指令并生成主机可以运行的输出指令来工作，就像在https://stackoverflow.com/a/2971979/895245

中提到的cachegrind一样

关于这一点的一件很酷的事情是，您还可以轻松跟踪其他体系结构的可执行文件，例如，参见aarch64：How does native android code written for ARM run on x86?

此方法还会显示未剥离的可执行文件的当前符号，例如的踪迹：

main.c

#include <stdio.h>

int say_hello() {
    puts("hello");
}

int main(void) {
    say_hello();
}

编译并运行：

gcc -ggdb3 -O0 -o main.out main.c
qemu-x86_64 -d in_asm ./main.out

包含：

----------------
IN: main
0x0000000000400537:  push   %rbp
0x0000000000400538:  mov    %rsp,%rbp
0x000000000040053b:  mov    $0x0,%eax
0x0000000000400540:  callq  0x400526

----------------
IN: say_hello
0x0000000000400526:  push   %rbp
0x0000000000400527:  mov    %rsp,%rbp
0x000000000040052a:  mov    $0x4005d4,%edi
0x000000000040052f:  callq  0x400400

----------------
IN: 
0x0000000000400400:  jmpq   *0x200c12(%rip)        # 0x601018

但是，它不会在诸如puts之类的共享库中显示符号。

但是如果您使用-static进行编译，您会看到它们：

----------------
IN: main
0x00000000004009bf:  push   %rbp
0x00000000004009c0:  mov    %rsp,%rbp
0x00000000004009c3:  mov    $0x0,%eax
0x00000000004009c8:  callq  0x4009ae

----------------
IN: say_hello
0x00000000004009ae:  push   %rbp
0x00000000004009af:  mov    %rsp,%rbp
0x00000000004009b2:  mov    $0x4a1064,%edi
0x00000000004009b7:  callq  0x40faa0

----------------
IN: puts
0x000000000040faa0:  push   %r12
0x000000000040faa2:  push   %rbp
0x000000000040faa3:  mov    %rdi,%r12
0x000000000040faa6:  push   %rbx
0x000000000040faa7:  callq  0x423830

相关：https://unix.stackexchange.com/questions/147343/how-to-determine-what-instructions-a-process-is-executing

在Ubuntu 16.04，QEMU 2.5.0中进行了测试。

跟踪/分析说明

5 个答案: