Gem5模拟器学习之旅

安装gem5 模拟器

在这里插入图片描述
翻译自官网(https://www.gem5.org/documentation/learning_gem5/part1/building/)

支持的操作系统和环境

gem5的设计考虑到了Linux环境。我们定期在 Ubuntu 18.04、Ubuntu 20.04 和 Ubuntu 22.04 上进行测试,以确保 gem5 在这些环境中运行良好。不过,如果安装了正确的依赖项,任何基于Linux的操作系统都能正常运行。我们确保 gem5 可使用 gcc 和 clang 进行编译(有关编译器版本信息,请参阅下面的 “依赖关系”)。
使用 clang 编译器编译时,Mac OS 在安装了所有其他依赖项后应能正常运行。不过,目前我们并未在 Mac OS 上正式测试我们的构建版本。因此,我们无法保证希望在Mac OS上编译和运行gem5的用户能获得与在基于Linux的系统上相同的稳定性。在gem5的后续版本中,我们希望通过改进测试来更有效地支持Mac OS。
从gem5 21.0开始,我们仅支持在Python 3.6以上版本中编译和运行gem5。 gem5 20.0是我们最后一个支持Python 2的gem5版本。
如果无法在合适的操作系统/环境中运行 gem5,我们提供了预先准备好的 Docker 镜像,可用于编译和运行 gem5。有关详细信息,请参阅下面的 Docker 部分。

依赖
  • git : gem5 使用 git 进行版本控制。
  • gcc:使用 gcc 对 gem5 进行编译。必须使用 >=7 版本。我们最多支持gcc 第 12 版。注意:可以使用 GCC 第 9 版,但官方不支持该版本,因为它会增加 gem5 对象文件的大小。
  • Clang:也可使用 Clang。目前,我们支持 Clang 6 至 Clang 14(含)。
  • SCons : gem5 使用 SCons 作为其构建环境。必须使用 SCons 3.0 或更高版本
  • Python 3.6+ : gem5 依赖 Python 开发库。gem5 可在使用 Python 3.6+ 的环境中运行。
  • protobuf 2.1+ (可选): protobuf 库用于跟踪生成和回放。
  • Boost(可选): Boost 库是一套通用 C++ 库。如果希望使用 SystemC 实现,则必须依赖该库。
在 Ubuntu 22.04 启动(gem5 >= v21.1)

如果在 Ubuntu 22.04 或相关 Linux 发行版上编译 gem5,可以使用 APT 安装所有这些依赖项:

sudo apt install build-essential git m4 scons zlib1g zlib1g-dev \libprotobuf-dev protobuf-compiler libprotoc-dev libgoogle-perftools-dev \python3-dev libboost-all-dev pkg-config
Docker

对于正在努力建立环境以构建和运行 gem5 的用户,我们提供了以下 Docker 映像:

包含所有可选依赖项的Ubuntu 22.04:gcr.io/gem5-test/ubuntu-22.04_all-dependencies:v22-1(源Dockerfile)。

Ubuntu 22.04(包含最少依赖项):gcr.io/gem5-test/ubuntu-22.04_min-dependencies:v22-1(源 Dockerfile)。

Ubuntu 20.04(包含所有可选依赖项):gcr.io/gem5-test/ubuntu-20.04_all-dependencies:v22-1(源 Dockerfile)。

Ubuntu 18.04(包含所有可选依赖项):gcr.io/gem5-test/ubuntu-18.04_all-dependencies:v22-1(源 Dockerfile)。

  • 获得docker镜像

docker pull

例如,Ubuntu 20.04 包含所有可选的依赖项:

docker pull gcr.io/gem5-test/ubuntu-20.04_all-dependencies:v22-1

那么,要在这种环境中工作,我们建议使用以下方法:

docker run -u U I D : UID: UID:GID --volume :/gem5 --rm -it

其中,<gem5 目录> 是文件系统中 gem5 的完整路径, 是拉取的映像(例如,gcr.io/gem5-test/ubuntu-22.04_all-dependencies:v22-1)。

在此环境下,你将能在 /gem5 目录中构建并运行 gem5。

获取代码

git clone https://github.com/gem5/gem5

用 SCons 构建

gem5 的构建系统基于 SCons,这是一个用 Python 实现的开源构建系统。有关 scons 的更多信息,请访问 http://www.scons.org。主 scons 文件名为 SConstruct,位于源代码树的根部。附加的 scons 文件被命名为 SConscript,遍布整个源代码树,通常靠近与之关联的文件。

在 gem5 目录的根目录中,gem5 可以使用 SCons 文件构建:

scons build/{ISA}/gem5.{variant} -j {cpus}

其中 {ISA} 是目标(客户)指令集架构,而 {variant} 则指定编译设置。在大多数情况下,opt 是一个很好的编译目标。-j标志是可选的,允许编译并行化,{cpus}指定线程数。在某些系统上,从头开始的单线程编译可能需要 2 个小时。因此,我们强烈建议尽可能分配更多线程。

有效的 ISA 有

  • ARM
  • NULL
  • MIPS
  • POWER
  • RISC-V
  • SPARC
  • X86

有效的构建变量有

  • debug 关闭优化。这将确保变量不会被优化掉,函数不会被意外内联,控制流不会以令人惊讶的方式运行。这使得该版本更容易在 gdb等工具中使用,但如果不进行优化,该版本会比其他版本慢很多。在使用 gdb 和 valgrind等工具且不希望任何细节被掩盖的情况下,应选择该版本,但在其他情况下,建议使用更优化的版本。
  • opt 开启了优化,但保留了断言和DPRINTF 等调试功能。这样既能保证仿真速度,又能在出错时洞察发生了什么。在大多数情况下,该版本是最佳选择。
  • fast 打开了优化,并编译了调试功能。该版本在性能上全面提升,但却牺牲了运行时的错误检查和调试输出功能。如果你确信一切运行正常,并希望从模拟器中获得最高性能,建议使用该版本。
    下表概述了这些版本。
    在这里插入图片描述
    例如,使用 opt 在 4 个线程上构建 gem5,目标机型为 x86:

scons build/X86/gem5.opt -j 4

此外,用户还可使用 "gprof "和 "pperf "构建选项来启用剖析功能:

  • gprof 允许 gem5 与 gprof 分析工具一起使用。可通过使用 --gprof 标志编译来启用它。例如,scons build/ARM/gem5.debug --gprof.
  • pprof 允许 gem5 与 pprof 分析工具一起使用。可以通过使用 --pprof 标志编译来启用它。例如,scons build/X86/gem5.debug --pprof.
用法

编译完成后,可以使用

./build/{ISA}/gem5.{variant} [gem5 options] {simulation script} [script options]

使用 --help 标志运行将显示所有可用选项:

使用方法
=====gem5.opt [gem5 选项] script.py [脚本选项]gem5 是受版权保护的软件;请使用 --copyright 选项了解详情。选项
=======
--version 显示程序的版本号并退出
--help、-h 显示帮助信息并退出
--build-info, -B 显示构建信息
-copyright, -C 显示完整的版权信息
--readme, -R 显示自述文件
--outdir=DIR, -d DIR 将输出目录设置为 DIR [默认:m5out]
--redirect-stdout, -r 重定向 stdout(和 stderr,不含 -e)到文件
--redirect-stderr, -e 将 stderr 重定向到文件
--stdout-file=FILE-r重定向的文件名 [默认值:simout]
--stderr-file=FILE-e 重定向的文件名 [默认值:simerr]
--监听器模式={,,自动}端口(如 gdb)监听模式(auto: 如果默认值:auto
--只接收回传连接端口监听器只接受通过环回设备上的连接
--交互式, -i 运行脚本后调用交互式解释器脚本后调用交互式解释器
--pdb 在运行脚本前调用 python 调试器
--path=PATH[:PATH], -p PATH[:PATH]调用脚本
--quiet,-q 降低冗余度
--verbose, -v 增加冗长度统计选项
------------------
--stats-file=FILE 设置统计输出文件 [默认:stats.txt]
--stats-help 显示可用统计访问者的文档配置选项
---------------------
--dump-config=FILE转储配置输出文件 [默认值:config.ini]
--json-config=FILE 创建配置的 JSON 输出 [默认值:config.json] --dot-config=FILE
--dot-config=FILE创建配置的 DOT 和 pdf 输出文件[默认值:config.dot]
--dot-dvfs-config=FILE 创建 DVFS 配置的 DOT 和 pdf 输出[默认值:无]调试选项
-----------------
--debug-break=TICK[,TICK](调试断点在 TICK(s)处创建断点(如果未连接调试器,则杀死进程如果没有连接调试器,则会杀死进程)
--debug-help 打印调试标志帮助
--debug-flags=FLAG[,FLAG](调试标记设置调试输出的标志(-FLAG 关闭一个标志)。
--debug-start=TICK在 TICK 开始调试输出
--debug-end=TICK在TICK处结束调试输出
--debug-file=FILE设置调试输出文件[默认:cout]
--debug-ignore=EXPR忽略 EXPR 模拟对象
--远程 gdb-port=REMOTE_GDB_PORT远程 gdb 基本端口(设为 0 则禁止监听)帮助选项
------------
--列出所有内置模拟对象及其参数和默认值。值

EXTRAS scons 变量可用于在 gem5 中构建额外的源文件目录,方法是将其设置为以冒号分隔的额外目录路径列表。EXTRAS 是在 gem5 代码基础之上构建的一种便捷方法,不会将你的新源代码与上游源代码混淆。这样,你就可以独立于主代码库管理你的新代码。

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