gem5运行SPECCPU2017benchmark

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title: gem5运行SPECCPU2017benchmark
date: 2020-10-11 15:39:06
description: ‘如何在GEM5中运行SPECCPU 2017benchmark,实现两个平台的协同仿真’

系统环境配置

 硬件：

• CPU: Intel® Core™ i7-6700K CPU @ 4.00GHz 4核 8 线程
• 内存16G
• 硬盘 2T HDD+512G SSD

 软件：

• Ubuntu 18.04 LTS
• GCC/G++/FORTRAN 7.5.0
• python 3.7.6
• gem5 20.1.0.0

SPEC CPU2017 benchmark

  spec cpu2017 由43个benchmark组成，由20个整型和23个浮点benchmark组成。整型和浮点又分别有 吞吐量（Rate）和速度（Speed）两种类别的bench,分别用于测试 CPU的速度和吞吐量。将43个bench分为整型吞吐量（int_rate）、整型速度（int_speed）、浮点吞吐量（fp_rate）、浮点速度（fp_speed）四个类别。下面是对43个bench的具体介绍:

SPECrate 2017 Integer	SPECspeed 2017 Integer	Language	KLOC[1]	应用领域
500.perlbench_r	600.perlbench_s	C	362	Perl编程语言解释器
502.gcc_r	602.gcc_s	C	1304	GUN C编译器
505.mcf_r	605.mcf_s	C	3	路径规划
520.omnetpp_r	620.omnetpp_s	C++	134	离散事件模拟-计算机网络
523.xalancbmk_r	623.xalancbmk_s	C++	520	XSLT将XML转化为HTML
525.x264_r	625.x264_s	C	96	视频压缩
531.deepsjeng_r	631.deepsjeng_s	C++	10	人工智能：alpha-beta数搜索（国际象棋）
541.leela_r	641.leela_s	C++	21	人工智能：蒙特卡洛述搜索（围棋）
548.exchange2_r	648.exchange2_s	Fortran	1	人工智能：递归解决方案生成器（数独）
557.xz_r	657.xz_s	C	33	通用数据压缩

SPECrate 2017 Integer	SPECspeed 2017 Integer	Language	KLOC[1]	应用领域
503.bwaves_r	603.bwaves_s	Fortran	1	爆炸模型
507.cactuBSSN_r	607.cactuBSSN_s	C++ C Fortran	257	物理：相对论
508.namd_r		C++	8	分子动力学
510.parest_r		C++	427	生物医学成像
511.povray_r		C++ C	170	光学追踪
519.lbm_r	619.lbm_s	C	1	流体动力学
521.wrf_r	621.wrf_s	Fortran C	991	天气预报
526.blender_r		C++ C	1577	3D动画渲染
527.cam4_r	627.cam4_s	Fortran C	407	大气建模
	628.pop2_s	Fortran C	338	大规模海洋模拟（气候水平）
538.imagick_r	638.imgick_s	C	259	图像处理
544.nab_r	644.nab_s	C	24	分子动力学
549.fotonik3d_r	649.fotonik3d_s	Fortran	14	计算电磁学
554.roms_r	654.roms_s	Fortran	210	区域海洋模拟

[1]KLOC=编译时使用的源码长度（包括空格和注释）/1000

编译运行

 （1）spec cpu 2017编译

 主要按照官方文档的说明。

 （2）gem5的安装运行

 官方文档

 (3)自动化脚本

 关于43个benmark的输入数据及命令格式：SPEC CPU2017 commands
 其他更多细节也可参照我之前的文章，在GME5运行SPEC CPU 2006 benchmark CSDN链接

协同仿真

 目前已经成功编译并运行大部分bench，但是还有3个bench编译成功但是无法正常运行。具体如下：

BENCHMARK	错误原因
510.parest_r	An error occurred in line <377> of file in function The violated condition was: cpuinfo The name and call sequence of the exception was: ExcIO()
527.cam4_r	At line 869 of file shr_file_mod.fppized.f90 (unit = 98) Fortran runtime error: Cannot open file ‘cpl_modelio.nml’: No such file or directory
627.cam4_s	At line 869 of file shr_file_mod.fppized.f90 (unit = 98) Fortran runtime error: Cannot open file ‘cpl_modelio.nml’: No such file or directory

主要问题

（1）spec cpu 2017 编译错误

 主要可能导致的原因如下：

• gcc/g++/gfortran 路径错误，从提供的配置文件直接拷贝时需要修改一下编译工具链的路径。
• 优化选项导致的错误，比如-fno-tree-loop-vectorize优化选项，将其去掉。

（2）protobuf导致的gem5编译错误

 主要可能导致的原因如下：

• protocbuf版本太低或者太高
• 系统中存在多个版本的protobuf

 由于protobuf会被在很多地方采用(如python），所以系统中可能存在多个版本的protocbuf。导致编译时使用了不同版本的库或工具导致编译出错。编译时可以从这个思路排查。可以卸载其他版本的protobuf或者使用源码编译安装。如果实在无法解决问题，可以修改gem5安装目录下的SConstruct文件禁用protobuf组件或卸载protobuf可以使编译通过，这不会影响gem5的主要功能。

（3）panic Unrecognized instruction executed

panic: Unrecognized/invalid instruction executed:
{
    leg = 0x10,
    rex = 0,
    vex/xop = 0x5,
    op = {
        type = three byte 0f3a,
        op = 0x18,
    },
    modRM = 0,
    sib = 0,
    immediate = 0,
    displacement = 0
    dispSize = 0
}

 这个问题出现在使用Gem5运行spec cpu 2017 的 benchmark时，出现错误的原因主要是cpu2017的benchmark编译时生成的代码指令中包含gem5目前不支持的无效指令，很可能是SSE或AVX指令。这个问题可以通过在cpu 2017的配置文件中加上-march选项来生成支持的代码指令。

#vim your-cpu2017-config.cfg

default=base:         # flags for all base
   OPTIMIZE       = -g -O3 -march=x86-64 -fno-unsafe-math-optimizations

 参考
[1]https://gem5-users.gem5.narkive.com/jO22f7kV/spec2017-on-gem5-se-mode#post5
[2]https://www.mail-archive.com/[email protected]/msg28987.html
[3]https://www.mail-archive.com/[email protected]/msg14911.html