在代码中使用PCM(Processor Counter Monitor)

PCM功能简介：

Intel-pcm提供了一系列监控CPU核心、Cache、内存控制器和内存DIMM芯片的硬件事件次数，相关寄存器值，硬件性能指标的接口。

主要内容：

主要对外的类和接口集中定义在文件cpucounters.h，代码地址为 https://github.com/opcm/pcm

• 定义了核心PCM类和四种系统状态类，即SystemCounterState，SocketCounterState 和 CoreCounterState和ServerUncorePowerState。
• 定义了获取系统状态的三类接口。
  • 获取当前整个系统范围的状态：SystemCounterState getSystemCounterState()
  • 获取当前某个CPU插槽（socket）范围的状态：SocketCounterState getSocketCounterState(uint32 socket)
  • 获取当前某个CPU（逻辑）核心范围的状态：CoreCounterState getCoreCounterState(uint32 core)
• 实现了获取一段时间内以及特定时刻硬件事件的计数接口。
  • 时钟周期：获得期间内DRAM和多通道DRAM(MCDRAM)，能量控制单元PCU和快速通道互联(QPI)的时钟周期数。例如getDRAMClocks, getMCDRAMClocks, getPCUClocks, getQPIClocks。
  • Performance Monitor Unit (PMU)计数器：获得期间内内存控制器MC，能量控制单元PCU，以及嵌入式DRAM控制器的PMU计数器值。例如：getMCCounter, getPCUCounter, getEDCCounter
  • Cache访问：获得期间内L2和L3 Cache的命中/缺失率、Miss数量，此外还能统计L3 Cache的占空比，L3 Cache访问命中次数中由Snoop协议引发的数量。例如getL2CacheHits, getL2CacheHitRatio, getL3CacheMisses, getL3CacheOccupancy, getL3CacheHitsSnoop。
  • Memory传输：
    获得期间内内存传输带宽，处理器从各种内存（包括DRAM、Persistent Memory和嵌入式DRAM)中读取/写回的字节总数，对内存的IO请求字节数。例如getLocalMemoryBW, getBytesReadFromMC, getBytesWrittenToMC, getIORequestBytesFromMC。
  • 处理器核心：获得期间内单个处理器核心/整个系统的IPC、退役指令数、时钟周期数和平均时钟频率。例如getIPC, getInstructionsRetire, getExecUsage, getCycles, getAverageFrequency。
  • 能耗：获得期间内处理器和DRAM的耗能数量。例如getConsumedEnergy, getDRAMConsumedEnergy, getConsumedJoules。
  • Quick-Path Interconnect (QPI)： 获得期间内QPI不同QPI连接之间的数据传输量。例如getIncomingQPILinkBytes, getOutgoingQPILinkBytes。

使用示例：

• 编译PCM库，在linux环境下使用make命令编译后会在编译目录下生成libPCM.a静态链接库。

• 统计示例代码造成的L3 Miss和DRAM读写数量，示例代码如下：

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

using std::cout;
int main(void) {
    //新建一个PCM实例
    PCM* pcm_ = PCM::getInstance();
    auto status = pcm_->program();
    const int TEST_SCALE = 10000;
    int * arr = new int[TEST_SCALE];
    uint32_t check_sum = 0;
    //我们希望监控整个系统的硬件数值
    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();
    // 获取区间内的统计数值
    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;
}

• 使用命令编译示例代码 g++ test.cc -Ipcm -Lpcm -lPCM -pthread -o test编译test.cc，其中-I选项添加头文件目录pcm，-L选项添加链接库目录pcm，-l 选项指定静态链接库libPCM.a。

• 编译生成后使用命令modprobe msr提供访问Model-Specific Register，MSR的访问权限。

• 在root权限下运行test可执行文件，得到统计结果。