嵌入式系統的性能測試(1) – lmbench篇

要評價一個系統的性能，一般有不一樣的指標，相應的會有不一樣的測試方法和測試工具。既有比較成熟的商業測試軟件，也有許多優秀的開源工具來完成這個任務。本文簡要介紹如何使用lmbench來完成系統綜合性能測試。

 

Lmbench用C語言編寫的，是一套具備較好可移植性的，簡易的，符合ANSI/C標準爲UNIX/POSIX而制定的微型測評工具。通常來講，它衡量兩個關鍵特徵：反應時間和帶寬。Lmbench旨在使系統開發者深刻了解系統關鍵操做的基礎成本。

 

Lmbench是個多平臺軟件，所以可以對同級別的系統進行比較測試，反映不一樣系統的優劣，經過選擇不一樣的庫函數咱們就可以比較庫函數的性能；更爲重要的是，做爲一個開源軟件，lmbench提供一個測試框架，假如測試者對測試項目有更高的測試須要，可以經過少許的修改源代碼達到目的（好比如今只能評測進程建立、終止的性能和進程轉換的開銷，經過修改部分代碼便可實現線程級別的性能測試）。

 

lmbench是一個用於評價系統綜合性能的軟件，主要測試內容包括：

    *存儲器延遲計算結果

          —存儲器延遲測試展現了全部系統（數據）的緩存延遲，包括L1/L2 cache以及主內存

    *帶寬測評工具

          —讀取緩存文件

          —拷貝內存

          —讀內存

          —寫內存

          —管道

          —TCP

    *反應時間測評工具

          —上下文切換

          —網絡： 鏈接的創建，管道，TCP，UDP和RPC hot potato

          —文件系統的創建和刪除

          —進程建立

          —信號處理

          —上層的系統調用

          —內存讀入反應時間

    * 其餘

          —處理器時鐘比率計算

 

Lmbench的測試內容有不少，實在是benchmarking領域的「瑞士軍刀」啊。

 

Lmbench的成功應用案例包括：

   Sun公司和SGI公司已經使用這種測評工具以尋找和補救存在於性能上的問題。

   Intel公司在開發P6的過程當中，使用了它們。

   Linux在Linux的性能優化中使用了它們。

 

1. 下載：

Lmbench當前的最新版本爲3.0。

lmbench的主站：

http://www.bitmover.com/lmbench/

lmbench 3版本的下載連接：

http://www.bitmover.com/lmbench/lmbench3.tar.gz

 

2. 編譯：

下載解壓後運行make build後會出現如下錯誤：

make[2]: *** No rule to make target `../SCCS/s.ChangeSet', needed by `bk.ver'.  Stop.

make[2]: Leaving directory `/home/wave/xilinx/lmbench3/src'

make[1]: *** [lmbench] Error 2

make[1]: Leaving directory `/home/wave/xilinx/lmbench3/src'

make: *** [build] Error 2

 

問題來源：

SCCS是Sun的版本管理工具。lmbench這個項目是Sun資助的，並且做者Larry McVoy也曾經是Sun的員工，就用了這玩藝。

 

解決辦法1：

修改src/Makefile，將231行的bk.ver去掉就能夠了。編譯完成後在bin下有benchmarking須要的的binary。

 

解決辦法2：

在lmbench3/SCCS目錄下建立一個工程要的文件s.ChangeSet，騙過make。

 

交叉編譯：

本人在Xilinx ZC706開發板上嘗試用PetaLinux 2013.04附帶的交叉編譯工具鏈進行了編譯，能夠在lmbench3目錄下使用如下命令完成編譯：

make OS=armv7l-linux-gnu CC=arm-xilinx-linux-gnueabi-gcc AR=arm-xilinx-linux-gnueabi-ar build

若是使用其餘pre-built的交叉編譯工具，須要修改CC和AR的內容。編譯完成後，會在lmbench3\bin目錄下生成OS指定的目錄，可執行文件放在這個目錄下。這個OS名稱適用於ZC706開發板，在其餘嵌入式開發板上可能會不一樣。一個簡單的工程上取得合適名字的辦法：若是不是這個名字，在下一步配置完成後會提示沒法保存配置文件到某個位置，看系統提示修改就行了。

注意：使用PetaLinux 2013.04交叉編譯工具鏈以前，要先’source settings.sh’初始化環境變量。

 

3. 配置：

把Host上編譯好的lmbench轉移到嵌入式Linux中有不少種辦法，本人採用如下辦法：

 

在Host上把lmbench3目錄打成一個tar ball，而後拷貝到SD卡中，嵌入式Linux從SD卡啓動。

 

Linux啓動後，將SD卡mount到文件系統中：

mount /dev/mmcblk0p1 /mnt

 

在嵌入式Linux中建立臨時文件系統，這裏假定開發者是用root賬號登陸到Linux的：

mkdir -p /home/root/ramfs

mount -t ramfs none /home/root/ramfs -o maxsize=32768

Note:缺省狀況下，Ramfs被限制最多可以使用內存大小的一半。能夠經過maxsize(以kbyte爲單位)選項來改變。

 

用如下命令啓動配置過程：

cd /home/root/ramfs

tar xvf /mnt/lmbench3.tar

export PATH=$PATH:/home/root/ramfs/lmbench3/bin/armv7l-linux-gnu

cd lmbench3/scripts

./config-run

 

 

本人使用的配置爲：

MULTIPLE COPIES [default 1]: 1

Job placement selection [default 1]: 1 > Allow scheduler to place jobs

MB [default 84]: 8

SUBSET (ALL|HARWARE|OS|DEVELOPMENT) [default all]: all

FASTMEM [default no]: yes

SLOWFS [default no]:

DISKS [default none]

REMOTE [default none]

Processor mhz [default 498 MHz, 2.0080 nanosec clock] 733

FSDIR [default /tmp]

Status output file [default /dev/tty]

Mail results [default yes] no

 

關於測試項的解釋：

1. 在多核CPU上並行多少個lmbench。做者說這個目前仍是實驗性質的，結果可能不正確並有隨機性。更重要的是，整個benchmark的速度會變得很是慢（100倍）。既然這樣，固然用缺省的數值1了。

2. 測試任務的分配方式。按回車選擇缺省的方案1。

3. 有些測試須要一段內存。內存至少是cache size的4倍，最大不超過物理內存的80%。內存越大，測試的結果越準確，不過須要的時間也越長。

4. 選擇測試項目。分別是所有測試、硬件測試、OS測試和操做系統開發階段的測試。缺省選擇爲所有測試。

5. 內存延遲測試。測試須要的時間可能比較長。在cache line size超過128字節並但願肯定cache line size的時候比較有用。

6. 測試文件系統的延遲。在一些老的文件系統（UFS, FFS等）上會比較慢，在Linux ext2fs和Sun tmpfs上會比較快。能夠用來測試ramdisk的性能，間接測試RAM的性能。

7. 測試磁盤的性能。須要提供磁盤的位置，例如：/dev/sda。同時須要提供一行磁盤的文字描述。

8. 網絡測試。須要有另一臺中間不通過網關的機器，須要rsh訪問權限。

9. 軟件會自動分析CPU的工做頻率。若是軟件沒法檢測，須要提供CPU的工做頻率。

10. 須要一個位置保存臨時文件。要求不能是內存駐留文件系統。

11. lmbench的輸出設備。缺省爲/dev/tty，在大多數場合都適用。

12. 是否將結果上傳給做者。

 

4. 運行

首先要確認Embedded Linux已經配置了合適的hostname，這個hostname將做爲測試結果raw文件的文件名。

 

用如下命令開始性能測試：

./results

 

在本人的計算機上，大約運行了9分鐘後結束。生成的結果在lmbench3/results/$OS目錄裏面。

 

若是Embedded Linux root fs裏面有perl，能夠直接在開發板上看測試結果的summary。若是沒有也不打緊，能夠把生成的測試結果raw文件拷貝到host上，在host上生成summary。

./getsummary ./zynq.0

 

Summary是對測試結果的高度精簡。若是感興趣，開發者能夠用Text Editor打開測試結果raw文件，找到更多更細緻的有用信息。

 

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