处理TLB未命中

Question

我想查看我的程序正在访问哪些页面。现在，一种方法是使用mprotect和SIGSEGV处理程序来记下正在访问的页面。但是，这涉及为我感兴趣的所有存储器页面设置保护位的开销。

第二种方法是在开始时使翻译后备缓冲区（TLB）无效，然后记下未命中。每次未命中时，我都会记下寻址的内存页面，因此请记下来。现在的问题是如何处理Linux程序的用户空间中的TLB未命中。

如果您知道甚至比TLB未命中或 mprotect 更快的方法来记下脏的内存页面，请告诉我。另外，我只想要一个x86的解决方案。

Answer 1

  

我想查看我的程序正在访问哪些页面。

您可以模拟CPU并获取此数据。变体：

• 1）valgrind - 用户空间二进制文件的动态翻译器，具有良好的仪器支持。尝试使用cachegrind工具 - 它甚至可以模拟L1 / L2缓存;您也可以尝试构建新工具来记录所有内存访问（例如，使用页面粒度）
• 2）qemu - 动态转换器，包括系统范围和进程范围的模式。我所知道的原始qemu中没有任何仪器
• 3）bochs - 系统范围的CPU仿真器（非常慢）。您可以轻松破解“内存访问”代码以获取内存日志。
• 4）PTLsim - www.ptlsim.org/papers/PTLsim-ISPASS-2007.pdf

  

但是，这涉及为所有存储器页设置保护位的开销

这个开销太大了吗？

  

现在的问题是如何处理Linux程序的用户空间中的TLB未命中。

你无法在内核空间（在x86和许多其他流行的平台上）处理未命中或用户空间。这是因为大多数平台manages TLB misses in hardware:。 MMU（CPU /芯片组的一部分）将在页表上执行操作，并将透明地获取物理地址。 仅当设置了某些位或未映射地址区域时，才会生成页面错误中断并将其传送到内核。

此外，似乎无法在现代CPU（but 386DX was able to to this）

中转储TLB

您可以尝试通过引入的延迟来检测TLB未命中。但是这种延迟可以通过TLB查找的无序启动来隐藏。

此外，大多数硬件事件（内存访问，tlb访问，tlb命中，tlb未命中）都由硬件性能监控计算（这部分CPU由Vtune，CodeAnalyst和oprofile使用）。不幸的是，这只是事件的全局计数器，您不能同时激活2-4个以上的事件。好消息是，当达到一些计数时，你可以将perfmon计数器设置为中断。然后，您将获得（通过中断）指令的地址（$ eip），其中已达到计数。所以，你可以找到这个硬件的TLB-miss-heavy热点（它在每个现代的x86 cpu中;无论是intel还是amd）。

Answer 2

TLB对用户空间程序是透明的，最多可以通过一些性能计数器（没有地址）来计算TLB未命中数。

Answer 3

查看/ proc / PID / maps文件以查找您的进程。根据{{​​3}}中的文档，/ proc / PID / maps指定每个进程的内存映射。此地图将告诉您“我的程序正在访问哪些页面”。但是，看起来您想知道哪些是脏页。虽然我不确定如何找到脏页的确切页面，但通过查看私有脏域和共享脏域，可以找到有多少页面是脏的/ proc / PID / smaps并将其除以pagesize。请注意，此方法非常快。我相信通过定期轮询/ proc / PID / map可以获得哪些页面是脏的近似概念。