JP5257816B2

JP5257816B2 - コンテキストスイッチサンプリング

Info

Publication number: JP5257816B2
Application number: JP2010088905A
Authority: JP
Inventors: デーヴィス、ロバート
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2009-04-08
Filing date: 2010-04-07
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2030-04-07
Also published as: US8346509B2; EP2239664A2; EP2239664B1; CN101859268B; EP2239664A3; US20100262870A1; CN101859268A; JP2010244552A

Description

本発明は、概してマイクロプロセッサの分野に関する。特に、プロセッサにおけるハードウェアイベントのトリガーに基づいたプロセス又はスレッドイベントのコンテキストスイッチサンプリングに関する。

マルチタスク、マルチプロセッシング及び／又はマルチスレッドシステムでは、性能測定規準の監視が複雑になる。時間ベースのサンプリング又はイベントベースのサンプリングのような従来使用されてきた技術では、一貫した測定用レギュラーグリッドを用いて、アクティビティが時に規則的になるようなアプリケーションの振る舞いの概要及び特徴を把握していた。

また、従来、特定プロセスのコンテキスト内のアクティビティを監視するには、特別に装備されるバージョンのオペレーティング・システム（ＯＳ）を必要としていた。これらの技術は、特別に装備された機器を監視しなければならない上に、関係する特定プロセスのコンテキストにおいて望まれる測定基準も監視しなければならい。したがって、従来の技術で得られる結果は、他のプロセス、スレッド又はＯＳの測定から発生するアクティビティにより、悪影響を受けていた。

他のプロセス及び／又はスレッドから発生したイベントによる影響を回避し、マルチタスク、マルチプロセッシング及び／又はマルチスレッドシステムにおける性能を効率的に監視する方法は、今まで十分に研究されていない。

本発明が添付の図面を参照して例示されるが、本発明はこれら図に限定されるものではない。

コンテキストスイッチサンプリングを行うためのマルチプロセッシングシステムの一実施形態を示す。

コンテキストスイッチサンプリングを実行するプロセスの一実施形態を示すフローチャートである。

コンテキストスイッチサンプリングを実行するプロセスの他の実施形態を示すフローチャートである。

以下、コンピュータシステムにおける性能監視の方法を説明する。本発明のある実施形態において、アドレス可能なメモリは、コンテキストスイッチサンプリングを行うためのデータ及び命令を記憶している。プロセッサは、監視を行うためのハードウェアイベントカウンターを含み、アドレス可能なメモリと連結して命令にアクセスし、当該命令に応じて、プロセッサが、第１のハードウェアイベントカウンターで第１ハードウェアイベントの発生、及び第２のハードウェアイベントカウンターで第２ハードウェアイベントの発生をカウントする。第１ハードウェアイベントの発生が所定回数カウントされた後、コンテキストスイッチが発生したことが判断可能となる。そして、第２のハードウェアイベントカウンターがサンプリングされ、ハードウェアイベントカウンターはリセットされる。また、ある実施形態において、プロセッサは、第１のハードウェアイベントカウンターでセグメントレジスタの読み込みイベントの発生をカウントし、サンプリングした第２のハードウェアイベントカウンターの値を、プロセス識別子の値及び／又はスレッド識別子の値と共に記録する。

以上述べたような技術は、他のプロセス及び／又はスレッドから発生したイベントによる影響を含むことなく特定のプロセス及び／又はスレッドのイベントをより正確に捉える及び測定するのに、利用することができる。

本発明の実施形態及び他の実施形態は、以下に教示するところにより実現可能であり、また、本発明の広範な精神及び範囲から逸脱することなく、多様な変更または改良を加えることが可能であることは明らかである。また、明細書及び図面は、本発明を制限するのではなく例示しているものであり、本発明は、特許請求の範囲及び均等物によってのみ定められるものである。

図１は、コンテキストスイッチサンプリングを行うためのマルチプロセッシングシステム１０１の一実施形態を示す。システム１０１の実施形態は、例えば、データを記憶する複数の記憶領域１４１〜１４９を有するアドレス可能なメモリ１４０、及び機械実行可能なコンテキストスイッチサンプリングを行うための命令を備える。複数のプロセス１１１〜１３１は、バス又は他の相互接続１１０によりアドレス可能なメモリ１４０に連結されており、当該複数のプロセス１１１〜１３１は、それぞれのスレッドを同時に実行する。複数のプロセス１１１〜１３１の実施形態は、異なるダイ又は同一のダイに、ソフトウェアプロセス若しくはハードウェアスレッド又は複数の個別プロセッサコアを備えるようにしてもよいことは明らかである。また、システム１０１のある実施形態では、複数のハードウェアスレッドプロセス１１１及び１２１を有するプロセッサ１０２のようなプロセッサを備えるようにしてもよい。

複数のプロセス１１１〜１３１は、それぞれ実行ユニット１１２〜１３２、レジスタ１１３〜１３３、及びハードウェアイベントカウンター１１４〜１３４及び１１５〜１３５を備える。ある実施形態において、複数のプロセス１１１〜１３１のうちのいくつかで、一つ又は複数の実行ユニット１１２〜１３２を物理的に共有するようにしてもよいことは明らかである。また、プロセス１１１〜１３１のある実施形態では、レジスタ１１３〜１３３、及び／又はハードウェアイベントカウンター１１４〜１３４及び１１５〜１３５が、プロセス１１１〜１３１のうちのいくつかに割り当てられるようにしてもよいし、これらを当該プロセスが共通で使用するよう構成してもよいことは明らかである。一つ又は複数のプロセス１１１〜１３１をアドレス可能なメモリ１４０に連結することにより、機械実行可能な命令１４９にアクセスするようにしてもよい。当該コンピュータで実行可能な命令１４９に応答して、一つ又は複数のプロセス１１１〜１３１は、第１ハードウェアイベントの発生をハードウェアイベントカウンター１１４〜１３４それぞれにおいてカウントするようにしてもよい。また、ある実施形態では、第１ハードウェアイベントは、セグメントレジスタ読み込みイベントであってもよく、例えば、カリフォルニア、サンタクララ所在のインテル社製の「ｘ８６プロセッサ」のコンテキストスイッチに使用してもよい。また、複数のハードウェアイベントカウンター１１４〜１３４がそれぞれ、セグメントレジスタ読み込みイベントのようなハードウェアイベントの発生をカウントすることにより、一つ又は複数のプロセス１１１〜１３１が、いつコンテキストスイッチが発生したかを判断できるようにしてもよいことは明白である。

例えば、特定のｘ８６プロセッサで動作する所与のＯＳの場合、「リング３」にて、アプリケーションプロセス間のコンテキストスイッチを実行するには、セグメントレジスタ読み込みを４回実行する必要がある。カウントが"４"を超えた後にサンプルアフターバリュー（ｓａｍｐｌｅ−ａｆｔｅｒｖａｌｕｅ：ＳＡＶ）を設定して、ハードウェアイベントカウンターをサンプリングすることにより、サンプリングされたハードウェアイベントカウンターの値は、他のプロセス及び／又はスレッドから発生したイベントによる影響を受けずに、より正確に特定のプロセス及び／又はスレッドのイベントを捉えて測定することができる。特に、ＳＡＶカウントが"８"（４が２回）に設定された場合、プロセス間のコンテキストスイッチが検出される。一方、ＳＡＶカウントが"５"（４プラス１）に設定された場合は、同じプロセスのスレッド間のコンテキストスイッチが検出されることになる。ＳＡＶカウントが臨界値（本例の場合、"４"）である又は臨界値を下回る場合、サンプリングによって所望のアプリケーションデータを収集することができない。これは、所望のアプリケーション中のイベントのデータ値が収集されるより前に、サンプリングが実行されるからである。コンテキストスイッチの検出に必要なセグメントレジスタ読み込みの回数は、ＯＳによって大きく異なり（例えば、セグメントレジスタ読み込み回数は、１回から１００回以上の間）、特定のＯＳや特定のプロセッサに依存することは明らかである。

また、ある実施形態において、セグメントレジスタの読み込み以外の技術や命令を、コンテキストスイッチサンプリングを行うのに使用するようにしてもよいことは明らかである。例えば、コンテキストスイッチを、記述子テーブル読み込みと関連付けてもよく、記述子テーブル（グローバルでもローカルでもよい）読み込みに続いて、イベントカウントデータのサンプリングをトリガーすることにより、コンテキストスイッチサンプリングを行うことができる。また、他の実施形態において、コンテキストスイッチサンプリングのトリガー専用に、アドレス可能なメモリ１４０の特定のアドレスを、当該アドレスがアクセスされる都度、選択するようにしてもよい。また、他の実施形態において、プロセス識別子及び／又はスレッド識別子が変更される都度ハードウェアイベントをトリガーすることを利用してコンテキストスイッチサンプリングをトリガーするようにしてもよいし、専用の命令をプロセッサのアーキテクチャーに追加してコンテキストスイッチサンプリングをトリガーするようにしてもよい。

所定回数の第１ハードウェアイベントの発生が、複数の第１のハードウェアイベントカウンター１１４〜１３４でそれぞれカウントされた後、複数の第２のハードウェアイベントカウンター１１５〜１３５がそれぞれサンプリングされ、複数の第１のハードウェアイベントカウンター１１４〜１３４及び複数の第２のハードウェアイベントカウンター１１５〜１３５がそれぞれリセットされる。上述したように、実施形態のプロセス１１１及び１２１は、複数のハードウェアイベントカウンター１１４〜１２４及び１１５〜１２５を割り当てて使用してもよいし、共通して使用してもよい。したがって、プロセッサ１０２は、例えば、一揃いのハードウェアイベントカウンターを備えればよい。

所定回数の第１ハードウェアイベントの発生がカウントされ、且つ複数の第２のハードウェアイベントカウンター１１５〜１３５がそれぞれサンプリングされた後、サンプリングされた複数の第２のハードウェアイベントカウンター１１５〜１３５の値は、アドレス可能なメモリ１４０の複数のプロセス識別子１４１〜１４５と共に、複数のストレージロケーション１４３〜１４７に記録及び／又は蓄積されるようにしてもよい。また、ある実施形態においては、サンプリングされた複数の第２のハードウェアイベントカウンター１１５〜１３５の値は、アドレス可能なメモリ１４０の複数のスレッド識別子１４４〜１４８と共に、複数のストレージロケーション１４３〜１４７に記録及び／又は蓄積されるようにしてもよい。

上述の技術を使用して、他のプロセス及び／又はスレッドから発生したハードウェアイベントによる影響を受けずに、より正確に特定のプロセス及び／又はスレッドのハードウェアイベントを捉える及び測定することができることは、明白である。

図２は、マルチプロセッシングシステムの性能監視のためのコンテキストスイッチサンプリングを実行するプロセス２０１の一態様を示すフローチャートである。プロセス２０１及びここに示される他のプロセスは、専用のハードウェア若しくはソフトウェア、又はファームウェアのオペレーションコードからなる複数の処理ブロックによって実行され、当該オペレーションコードは、汎用機、特殊用途機、及びこれらの組み合わせである機械において実行可能なものである。

処理ブロック２１１において、第１のハードウェアイベントカウンター（例えば、複数のイベントカウンター１１４〜１３４のうちの一つ）で、第１ハードウェアイベントの発生数Ｉがカウントされる。処理ブロック２１２において、第２のハードウェアカウンター（例えば、複数のイベントカウンター１１５〜１３５のうちの一つ）で、第２ハードウェアイベントの発生数Ｊがカウントされる。処理ブロック２１３では、Ｉが所定のＳＡＶ値"Ｎ"と等しいか否かが判断される。等しくない場合は、処理ブロック２１１において、カウントが続けられる。等しい場合は、処理が続けられ、処理ブロック２１４に進み、第２のハードウェアイベントカウンターで第２ハードウェアイベント発生数Ｊがサンプリングされる。そして、処理ブロック２１５において、第１及び第２のハードウェアイベントカウンターがリセットされ、処理ブロック２１６において、サンプリングされた発生数Ｊが、プロセス識別子（例えば１４１〜１４５）の値と共にアドレス可能なメモリ１４０（例えば、ロケーション1４３〜１４７）に記録される。

図３は、他の実施形態のコンテキススイッチサンプリングを実行するプロセス３０１を示したフローチャートである。

処理ブロック３１１において、第１のハードウェアイベントカウンター（例えば、複数のイベントカウンター１１４〜１３４のうちの一つ）で、セグメントレジスタの読み込みイベントの発生数Ｉがカウントされる。処理ブロック３１２において、第２のハードウェアイベントカウンター（例えば、複数のイベントカウンター１１５〜１３５のうちの一つ）で、第２ハードウェアイベントの発生数Ｊがカウントされる。処理ブロック３１３では、Ｉが所定のＳＡＶ値"Ｎ"と等しいか否かが判断される。等しくない場合は、処理ブロック３１１において、カウントが続けられる。等しい場合は、処理ブロック3１４に進み、第２のハードウェアイベントカウンターで第２ハードウェアイベント発生数Ｊがサンプリングされる。そして、処理ブロック３１５において、第１及び第２のハードウェアイベントカウンターの、セグメントレジスタ読み込みイベントの数及び第２のハードウェアイベントの数がリセットされて、処理ブロック３１６において、サンプリングされた発生数Ｊが、プロセス識別子（例えば１４１〜１４５）の値と共にアドレス可能なメモリ１４０（例えば、ロケーション1４３〜１４７）に記録される。

プロセス２０１及び３０１によれば、コンテキストスイッチが発生した時を判断することが可能となり、故に、他のプロセス及び／又はスレッドの実行中に発生するハードウェアイベントからの影響含むことなく、より正確に特定のプロセス及び／又はスレッドのハードウェアイベントを捉える及び測定するのにこれらプロセスを利用できるということは明白である。

上記の説明は、本発明の好ましい実施形態を述べたものである。上述された考察から、特に成長が早く、先の進歩を簡単に予測できない技術分野において、本発明の原則に反することなく特許請求の範囲及び均等物の範囲内において本発明における配置や細部構成に変更又は改良を加えることが可能であることは、当業者にとって明らかである。

Claims

マルチプロセッシングシステムにおいて性能監視をする方法であって、
第１のハードウェアイベントカウンターにて、セグメントレジスタ読み込みイベントである第１ハードウェアイベントの発生をカウントする段階と、
第２のハードウェアイベントカウンターにて第２ハードウェアイベントの発生をカウントする段階と、
前記第１のハードウェアイベントのカウント値と、コンテキストスイッチが発生するまでに発生する前記セグメントレジスタ読み込みイベントの回数を示すサンプルアフターバリュー（ＳＡＶ）との比較に基づいてプロセスまたはスレッドのコンテキストスイッチが発生したかどうかを検出する段階と、
前記プロセスまたは前記スレッドの前記コンテキストスイッチを検出したことに対応して、前記第２のハードウェアイベントカウンターをサンプリングする段階と、
を備え、
サンプリングされた前記第２のハードウェアイベントカウンターは、１つ以上のプロセスまたはスレッドから捉えられる１つ以上のイベントからの影響を受けずに、前記プロセスまたは前記スレッドに対するイベントを捉えて測定し、前記回数は、前記マルチプロセッシングシステムで動作するオペレーティングシステムに依存する、方法。
前記サンプリングした第２のハードウェアイベントカウンターの値をプロセス識別子の値と共に記録する段階をさらに備える請求項１に記載の方法。
前記サンプリングした第２のハードウェアイベントカウンターの値をスレッド識別子の値と共に記録する段階をさらに備える請求項１に記載の方法。
前記第１のハードウェアイベントカウンター及び前記第２のハードウェアイベントカウンターをリセットする段階をさらに備える請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の方法。
マルチプロセッシングシステムにおいて性能監視をする方法であって、
第１のハードウェアイベントカウンターにてセグメントレジスタ読み込みイベントの発生をカウントする段階と、
第２のハードウェアイベントカウンターにて第２ハードウェアイベントの発生をカウントする段階と、
前記セグメントレジスタ読み込みイベントのカウント値と、コンテキストスイッチが発生するまでに発生する前記セグメントレジスタ読み込みイベントの回数を示すサンプルアフターバリュー（ＳＡＶ）との比較に基づいてプロセスまたはスレッドのコンテキストスイッチが発生したかどうかを検出する段階と、
前記プロセスまたは前記スレッドの前記コンテキストスイッチを検出したことに対応して、前記第２のハードウェアイベントカウンターをサンプリングする段階と
を備え、
サンプリングされた前記第２のハードウェアイベントカウンターは、１つ以上のプロセスまたはスレッドから捉えられる１つ以上のイベントからの影響を受けずに、前記プロセスまたは前記スレッドに対するイベントを捉えて測定し、前記回数は、前記マルチプロセッシングシステムで動作するオペレーティングシステムに依存する、方法。
前記サンプリングした第２のハードウェアイベントカウンターの値をプロセス識別子の値と共に記録する段階をさらに備える請求項５に記載の方法。
前記サンプリングした第２のハードウェアイベントカウンターの値及び前記プロセス識別子の値を、スレッド識別子の値と共に記録する段階をさらに備える請求項６に記載の方法。
前記第１のハードウェアイベントカウンター及び前記第２のハードウェアイベントカウンターをリセットする段階をさらに備える請求項５から請求項７のいずれか１つに記載の方法。
コンピュータに、
第１のハードウェアイベントカウンターにて、セグメントレジスタ読み込みイベントである第１ハードウェアイベントの発生をカウントする段階と、
第２のハードウェアイベントカウンターにて第２ハードウェアイベントの発生をカウントする段階と、
前記第１のハードウェアイベントのカウント値と、コンテキストスイッチが発生するまでに発生する前記セグメントレジスタ読み込みイベントの回数を示すサンプルアフターバリュー（ＳＡＶ）との比較に基づいてプロセスまたはスレッドのコンテキストスイッチが発生したかどうかを検出する段階と、
前記プロセスまたは前記スレッドの前記コンテキストスイッチを検出したことに対応して、前記第２のハードウェアイベントカウンターをサンプリングする段階と
を実行させ、
サンプリングされた前記第２のハードウェアイベントカウンターは、１つ以上のプロセスまたはスレッドから捉えられる１つ以上のイベントからの影響を受けずに、前記プロセスまたは前記スレッドに対するイベントを捉えて測定し、前記回数は、前記コンピュータで動作するオペレーティングシステムに依存する、プログラム。
前記コンピュータに、前記サンプリングした第２のハードウェアイベントカウンターの値をプロセス識別子の値と共に記録する段階をさらに実行させる請求項９に記載のプログラム。
前記コンピュータに、前記サンプリングした第２のハードウェアイベントカウンターの値をスレッド識別子の値と共に記録する段階をさらに実行させる請求項９に記載のプログラム。
前記コンピュータに、前記第１のハードウェアイベントカウンター及び前記第２のハードウェアイベントカウンターをリセットする段階をさらに実行させる請求項９から請求項１１のいずれか１つに記載のプログラム。
コンピュータシステムであって、
コンテキストスイッチサンプリングを行うためのデータ及び機械実行可能な命令を記憶するアドレス可能なメモリと、
第１のハードウェアイベントカウンターと第２のハードウェアイベントカウンターとを含み前記アドレス可能なメモリと連結して前記機械実行可能な命令にアクセスするプロセッサとを備え、
前記機械実行可能な命令に応答して、前記プロセッサは、
前記第１のハードウェアイベントカウンターにてセグメントレジスタ読み込みイベントの発生をカウントし、
前記第２のハードウェアイベントカウンターにて第２ハードウェアイベントの発生をカウントし、
前記セグメントレジスタの読み込みイベントのカウント値と、コンテキストスイッチが発生するまでに発生する前記セグメントレジスタ読み込みイベントの回数を示すサンプルアフターバリュー（ＳＡＶ）との比較に基づいてプロセスまたはスレッドのコンテキストスイッチが発生したかどうかを検出し、
前記プロセスまたは前記スレッドの前記コンテキストスイッチを検出したことに対応して、前記第２のハードウェアイベントカウンターの値をサンプリングし、
サンプリングされた前記第２のハードウェアイベントカウンターは、１つ以上のプロセスまたはスレッドから捉えられる１つ以上のイベントからの影響を受けずに、前記プロセスまたは前記スレッドに対するイベントを捉えて測定し、前記回数は、前記プロセッサで動作するオペレーティングシステムに依存する、コンピュータシステム。
前記機械実行可能な命令に応答して、前記プロセッサが、前記サンプリングした前記第２のハードウェアイベントカウンターをプロセス識別子の値と共に記録する請求項１３に記載のコンピュータシステム。
前記機械実行可能な命令に応答して、前記プロセッサが、前記サンプリングした第２のハードウェアイベントカウンターの値及び前記プロセス識別子の値を、スレッド識別子の値と共に記録する請求項１４に記載のコンピュータシステム。
前記機械実行可能な命令に応答して、前記プロセッサが、前記第１のハードウェアイベントカウンター及び前記第２のハードウェアイベントカウンターをリセットする、請求項１３から請求項１５のいずれか１つに記載のコンピュータシステム。
コンピュータシステムであって、
コンテキストスイッチサンプリングを行うためのデータ及び機械実行可能な命令を記憶するアドレス可能なメモリと、
第１のハードウェアイベントカウンターと第２のハードウェアイベントカウンターとを含み前記アドレス可能なメモリと連結して前記機械実行可能な命令にアクセスするプロセッサとを備え、
前記機械実行可能な命令に応答して、前記プロセッサは、
前記第１のハードウェアイベントカウンターにて、セグメントレジスタ読み込みイベントである第１ハードウェアイベントの発生をカウントし、
前記第２のハードウェアイベントカウンターにて第２ハードウェアイベントの発生をカウントし、
前記第１ハードウェアイベントのカウント値と、コンテキストスイッチが発生するまでに発生する前記セグメントレジスタ読み込みイベントの回数を示すサンプルアフターバリュー（ＳＡＶ）との比較に基づいてプロセスまたはスレッドのコンテキストスイッチが発生したかどうかを検出し、
前記プロセスまたは前記スレッドの前記コンテキストスイッチを検出したことに対応して、前記第２のハードウェアイベントカウンターをサンプリングし、
サンプリングされた前記第２のハードウェアイベントカウンターは、１つ以上のプロセスまたはスレッドから捉えられる１つ以上のイベントからの影響を受けずに、前記プロセスまたは前記スレッドに対するイベントを捉えて測定し、前記回数は、前記プロセッサで動作するオペレーティングシステムに依存する、コンピュータシステム。
前記機械実行可能な命令に応答して、前記プロセッサが、前記サンプリングした第２のハードウェアイベントカウンターの値をプロセス識別子の値と共に記録する請求項１７に記載のコンピュータシステム。
前記機械実行可能な命令に応答して、前記プロセッサが、前記サンプリングした第２のハードウェアイベントカウンター値をスレッド識別子の値と共に記録する請求項１８に記載のコンピュータシステム。
前記機械実行可能な命令に応答して、前記プロセッサが、前記第１のハードウェアイベントカウンター及び前記第２のハードウェアイベントカウンターをリセットする、請求項１７から請求項１９のいずれか１つに記載のコンピュータシステム。