「Arm Arch」 虚拟化微架构

简介: 「Arm Arch」 虚拟化微架构

全文3000字,预计阅读时长:8分钟


适用于从事ARM软硬件设计、开发、调试的工程师、教师以及学生


对于大部分开发者来讲,ARM架构知识一直存放于盲盒之中,知之甚少;而ARM架构知识是ARM结构化知识中非常关键的一部分,它的缺失,会导致我们对于问题的系统化思考难以进行。所以增设了《ARM架构知多少-A系列》专栏来和大家一起学习ARM架构,完善知识结构,拓展系统思考边界。

这篇文章还处于书写过程中,请大家耐心等待~

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

踩内存

软硬件是由人类设计的,人非圣贤,无法设计出没有缺陷的软硬件;在开发过程中,常常会设计出各式各样的bug,其中踩内存就是比较隐晦难搞的bug,解决成本高昂,这也导致开发者常常望而生畏,绕道而行,降低软件质量。


案发现场

根据前篇分析,可以定位到问题现场;


运气好的话,这个现场就是问题发生的第一现场;


不过通常没有这么简单,通常案发现场和作案现场并不是一个现场,作案可能发生在好久之前,比如A无意拨动了一下开关,导致瞬间的掉电再上电,因为没有采用电源电容导致了动力系统中的冷却系统瞬间失效,冷却系统失效导致动力系统发热,动力下降,导致控制末端出现瞬间的异动,异动导致重物脱落,砸到了正在展览的汽车。


案发现场就是重物脱离,第一原因可能是吊绳老化,可是谁知道呢?


工作原理

在ARM64编程过程,经常会遇到比较麻烦的踩内存问题。即使会dump分析,仍然对它束手无策。

这很常见,比如A模块无意修改了B模块的变量c为0xFFFFFFFFu;,变量c是记录数组长度,这就会导致B模块访问数组是发生越界。

通常,我们会结合dump分析、trace分析、寄存器分析、指令分析,相关的知识包括调用规约、端序、工作模式、系统配置等。

分析工具

内存断点

内存保护工具:越界检查、栈溢出检查、

分析方法

递进式分析方法

概率分析法

分析过程

步骤1:错误码,分析错误原因

步骤2:异常返回地址,查找发生问题地址

步骤3:通过反汇编,查找发生问题地点

步骤4:通过???,查看调用路径trace

步骤5:查看栈上数据

步骤6:查看返汇编的指令

步骤7:倒推异常数据

步骤8:步骤4~7循环

步骤9:找到问题点

步骤10:修复

案例分析

常见问题和解决方法

1.数组越界

2.cache失效

3.野指针访问

4.结构体对齐

5.TBD

总结

规模越大、系统越复杂,出现问题越难排查,而本文描述的踩内存问题和信号中的时序问题一样难搞,这需要理论、工具、方法,更多的是经验。

参考

1.ARM A Profile Architecture Reference

2.ARM64架构系统寄存器

附录

微架构又称为微体系结构/微处理器体系结构。是在计算机工程中,将一种给定的 指令集架构在处理器中执行的方法。一种给定指令集可以在不同的微架构中执行。实施中可能因应不同的设计目的和技术提升而有所不同。计算机架构是微架构和指令集设计的结合。


Core微架构的处理器


NetBurst微结构的缺陷是IPC(每时钟执行的指令条数)表现不佳,同频情况下Pentium 4有时还不如前代的PentiumⅢ。频率提高后,功耗随之上升,功耗过高,影响了主频的进一步提高。为了改善这种情况,Intel采用了Core微架构。


Core微架构是Intel在Yonah微架构基础之上改进而来的下一代微架构,采取共享式二级缓存设计,两个核心共享4MB或2MB的二级缓存,其内核采用高效的l4级有效流水线设计,每个核心都内建32KB 一级指令缓存与32 KB 一级数据缓存,而且两个核心的一级数据缓存之间可以直接传输数据。每个核心内建四组指令解码单元,支持微指令融合与宏指令融合技术,每个时钟周期最多可以解码五条x86指令,并拥有改进的分支预测功能。每个核心内建五个执行单元,执行资源庞大。采用新的内存相关性预测技术。加入对EM-64T与SSE4指令集的支持,支持增强的电源管理功能,支持硬件虚拟化技术和硬件防病毒功能,内建数字温度传感器,还可提供功率报告和温度报告等,配合系统实现动态的功耗控制和散热控制。Core微架构处理器的内部结构如图1所示:


图1 Core微架构处理器的内部结构


Core微架构的处理器系列有用于桌面平台的Conroe、移动平台的Merom和服务器平台的Woodcrest;有Core处理器和Core 2处理器之分,从结构上又可分为单核Core Solo、双核Core Duo和Core 2 Duo以及四核的Core 2 Quad。在多核结构中耦合度的松紧决定四核协作效率的高低,而微架构则决定每个核心的运算效率、实际性能、功耗高低等关键的特性。Intel的Kentsfield/Yorkfield两代Core 2 Quad处理器都基于Core微架构。 [1]



使用微架构的原因

使用微架构有很多优势,但是同时也具有一定的风险。图2给出了一个简单的成本效益分析


图2 微架构成本分析表


由上图成本效益分析可以看到,在开发大型应用程序时,使用微架构可以获得最大收益。 [2]



Core微架构的优点

Core架构的优势体以下几个方面:


(1)拥有超宽的执行单元。在每个周期,Core架构的指令解码器可以同时发射四条指令,而AMD K8架构只能发射三条指令,换句话说,Core架构拥有更加出色的指令并行度。


(2) Core架构具有“微操作融合(Micro-p Fusion)”和“宏操作融合(Macro-p Fusion)”两项技术,可以对执行指令进行优化,通过减少指令的数量获得更高的效率,Intel表示这两项技术最多可带来67%的效率提升,这也是Core架构产品在低功耗状态下依然拥有强劲效能的主要秘密。


(3) Core微架构的SSE执行单元首度提供完整的128位支持。每个单元都可以在一个时钟周期内执行一个128位SSE指令,而在多个执行单元的共同作用下,Core架构核心可以在一个时钟周期内同时执行1 28位乘法、128位加法、128位数据载入以及128位数据回存,或者是可以同时执行四个32位单精度浮点乘法和四个32位单精度浮点加法,进而显著提升多媒体性能。


(4) Core微架构采用共享Cache设计。Cache资源利用率高于独占式设计,且多个核心可以高效协作。 [1]



XScale微架构处理器

XScale架构处理器是新一代为无线手持式应用产品开发的嵌入式处理器,是PCA开发式子台架构中的应用于系统与通信子系统中的嵌入式处理器。图3是XScale系统结构图:


图3 XScale系统结构图


(1)采用7/8级超级流水线:动态跳转预测;分支目标缓冲器BTB(BranchTargetBarfer)。


(2)支持多媒体处理技术:·新增乘/加器MAC;40位累加器;兼容ARMV5TE指令;特定DSP型协处理器CPO。


(3)指令快存(1-Cache):32KB。


(4)数据快存(D-Cache):32KB:可以重构为28KB片内RAM。


(5)微小数据快存(Mini-DCache):2KB。


(6)指令存储器管理单元IMMU:32路变换后备缓冲器TLB(快表)。


(7)数据存储器管理单元DMMU:32路变换后备缓冲器TLB(快表)。


相关文章
|
3月前
|
Ubuntu Linux
查看Linux系统架构的命令,查看linux系统是哪种架构:AMD、ARM、x86、x86_64、pcc 或 查看Ubuntu的版本号
查看Linux系统架构的命令,查看linux系统是哪种架构:AMD、ARM、x86、x86_64、pcc 或 查看Ubuntu的版本号
753 3
|
18天前
|
Docker 容器
docker:记录如何在x86架构上构造和使用arm架构的镜像
为了实现国产化适配,需将原x86平台上的Docker镜像转换为适用于ARM平台的镜像。本文介绍了如何配置Docker buildx环境,包括检查Docker版本、安装buildx插件、启用实验性功能及构建多平台镜像的具体步骤。通过这些操作,可以在x86平台上成功构建并运行ARM64镜像,实现跨平台的应用部署。
171 2
|
21天前
|
编解码 弹性计算 应用服务中间件
阿里云服务器Arm计算架构解析:Arm计算架构云服务器租用收费标准价格参考
阿里云服务器架构分为X86计算、Arm计算、高性能计算等多种架构,其中Arm计算架构以其低功耗、高效率的特点受到广泛关注。本文将深入解析阿里云Arm计算架构云服务器的技术特点、适用场景以及包年包月与按量付费的收费标准与最新活动价格情况,以供选择参考。
|
1月前
|
机器学习/深度学习 弹性计算 编解码
阿里云服务器计算架构X86/ARM/GPU/FPGA/ASIC/裸金属/超级计算集群有啥区别?
阿里云服务器ECS提供了多种计算架构,包括X86、ARM、GPU/FPGA/ASIC、弹性裸金属服务器及超级计算集群。X86架构常见且通用,适合大多数应用场景;ARM架构具备低功耗优势,适用于长期运行环境;GPU/FPGA/ASIC则针对深度学习、科学计算、视频处理等高性能需求;弹性裸金属服务器与超级计算集群则分别提供物理机级别的性能和高速RDMA互联,满足高性能计算和大规模训练需求。
|
25天前
|
存储 Docker 容器
ARM架构鲲鹏主机BClinux离线安装docker步骤
下载并安装适用于ARM架构的Docker CE二进制文件,解压后移动至/usr/bin目录。创建docker组,配置systemd服务脚本(docker.service、docker.socket、containerd.service),重载systemd配置,启动并启用docker服务。编辑daemon.json配置存储驱动、镜像加速地址等,最后拉取所需镜像。
37 0
|
29天前
|
NoSQL MongoDB Docker
求助,有没有大神可以找到arm64架构下mongodb的3.6.8版本的docker镜像?
在Docker Hub受限的情况下,寻求适用于ARM架构的docker镜像资源或拉取链接,以便在x86架构上获取;内网中的机器为ARM架构,因此优先请求适合ARM的Docker镜像或Dockerfile,非常感激您的帮助。
|
3月前
|
机器学习/深度学习 算法 数据库
阿里云服务器架构区别解析:从X86计算、Arm计算到高性能计算架构的区别参考
在我们选择阿里云服务器的架构时,选择合适的云服务器架构对于提升业务效率、保障业务稳定至关重要。阿里云提供了多样化的云服务器架构选择,包括X86计算、ARM计算、GPU/FPGA/ASIC、弹性裸金属服务器以及高性能计算等。本文将深入解析这些架构的特点、优势及适用场景,以供参考和选择。
阿里云服务器架构区别解析:从X86计算、Arm计算到高性能计算架构的区别参考
|
3月前
|
编解码 安全 Linux
基于arm64架构国产操作系统|Linux下的RTMP|RTSP低延时直播播放器开发探究
这段内容讲述了国产操作系统背景下,大牛直播SDK针对国产操作系统与Linux平台发布的RTMP/RTSP直播播放SDK。此SDK支持arm64架构,基于X协议输出视频,采用PulseAudio和Alsa Lib处理音频,具备实时静音、快照、缓冲时间设定等功能,并支持H.265编码格式。此外,提供了示例代码展示如何实现多实例播放器的创建与管理,包括窗口布局调整、事件监听、视频分辨率变化和实时快照回调等关键功能。这一技术实现有助于提高直播服务的稳定性和响应速度,适应国产操作系统在各行业中的应用需求。
102 3
|
2月前
ARM64架构提供的Cache操作
ARM64架构提供的Cache操作
|
3月前
|
存储 虚拟化 网络虚拟化