10.14489/vkit.2023.05.pp.049-056

DOI: 10.14489/vkit.2023.05.pp.049-056

Семакин А. Н.
GEM5: СОЗДАНИЕ МОДЕЛЕЙ КОМПЬЮТЕРНЫХ СИСТЕМ ДЛЯ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ПРОГРАММНОГО КОДА
(c. 49-56)

Аннотация. Показана возможность применения симулятора компьютерных систем gem5 для определения таких метрик параллельного программного кода, как ускорение работы программы и средняя загруженность вычислительных ядер в системах с общей памятью. Работа с gem5 строится в виде трех последовательных этапов – построение модели компьютерной системы, загрузка в построенную модель программной среды и выполнение пользовательской программы в рамках данной среды. Предложенный подход применяется к оценке эффективности параллельной программы моделирования переноса примесей в атмосфере. Получаемые в gem5 значения являются достаточно близкими к реальности верхними пороговыми оценками для рассматриваемых метрик.

Ключевые слова: симулятор компьютерных систем; gem5; масштабируемость.

Semakin A. N.
GEM5: DEVELOPMENT OF COMPUTER SYSTEM MODELS WITH PURPOSE TO EVALUATE THE EFFICIENCY OF PARALLEL CODE
(pp. 49-56)

Abstract. In this paper we consider the possibility of using the gem5 computer system simulator to determine such metrics of parallel program code as its acceleration and the average workload of cpu cores on computer systems with shared memory. The working process in gem5 consists of three stages: building a model of a computer system, loading a software environment into the built model and executing a user program within this environment. The considered approach is used to evaluate the efficiency of a parallel program for modeling the transport of pollutants in the atmosphere. The program assumes both intensive work with memory and strong interaction between computational threads within the framework of parallel computing. For this purpose, two models of computer systems were created in the gem5 simulator: the simplest functional model of the “cores–RAM ” type and the detailed clock model of the “cores–three-level cache–RAM ” type. By running the program on both computer models and comparing obtained results with those observed on a real computer, it is shown that the computer system models created in gem5 are operable, correctly reproduce the functionality of real computer systems, and can be used to obtain fairly accurate estimates of such metrics as the acceleration of the program and the average workload of cpu cores. It should be noted that the accuracy of the estimates slightly depends on the number of simulated cores in computer models. For example, the acceleration accuracy obtained on the detailed clock model is 0.7 % on five cores and might increase up to 10 % on 32 cores.

Keywords: Computer system simulato; Gem5; Scalability.

+ - Информация об авторах (About the Authors) Click to collapse

Рус

А. Н. Семакин (Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана (национальный исследовательский университет), Москва, Россия) E-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

Eng

A. N. Semakin (Bauman Moscow State Technical University, Moscow, Russia) E-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

+ - Библиографический список (References) Click to collapse

Рус

1. Bellard F. QEMU, a Fast and Portable Dynamic Translator // The Proceedings of the FREENIX Track: 2005 USENIX Annual Technical Conference. April 10 – 15, 2005. Anaheim, CA, USA. P. 41 – 46.
2. Aarno D., Engblom J. Software and System Development Using Virtual Platforms: Full-System Simulation with Wind River Simics [Электронный ресурс]. Morgan Kaufmann, 2014. 366 p.
3. Yourst M. T. PTLsim: a Cycle Accurate Full System x86-64 Microarchitectural Simulator // IEEE International Symposium on Performance Analysis of Systems and Software. April 25 – 27, 2007. San Jose, CA, USA. P. 23 – 34.
4. The gem5 simulator / N. Binkert, B. Beckmann, G. Black et al. // ACM SIGARCH Computer Architecture News. 2011. V. 39, No. 2. P. 1 – 7.
5. Patel A., Afram F., Chen S., Ghose K. MARSS: a Full System Simulator for Multicore x86 Cpus // The Proceedings of the 48th Design Automation Conference (DAC). June 5 – 10, 2011. San Diego, CA, USA. 2011. P. 1050 – 1055.
6. Austin T., Larson E., Ernst D. SimpleScalar: an Infrastructure for Computer System Modeling // Computer. 2002. V. 35, No. 2. P. 59 – 67.
7. Sportisse B. Fundamentals in Air Pollution: from Processes to Modelling. Springer, 2010. 299 p.
8. Semakin A. N., Rastigejev Y. Numerical Simulation of Global-Scale Atmospheric Chemical Transport with High-Order Wavelet-Based Adaptive Mesh Refinement Algorithm // Monthly Weather Review. 2016. V. 144, Is. 4. P. 1469 – 1486.
9. Семакин А. Н. Программное обеспечение для создания адаптивных сеток // Тр. Института системного программирования РАН. 2017. Т. 29, № 5. С. 311 – 328.
10. Semakin A. N., Rastigejev Y. Optimized Wavelet-Based Adaptive Mesh Refinement Algorithm for Numerical Modeling of Three-Dimensional Global-Scale Atmospheric Chemical Transport // Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. 2020. V. 146, Is. 729. P. 1564 – 1574.

Eng

1. Bellard F. (2005). QEMU, a Fast and Portable Dynamic Translator. The Proceedings of the FREENIX Track: 2005 USENIX Annual Technical Conference, pp. 41 – 46. Anaheim.
2. Aarno D., Engblom J. (2014). Software and System Development Using Virtual Platforms: Full-System Simulation with Wind River Simics. Morgan Kaufmann.
3. Yourst M. T. (2007). PTLsim: a Cycle Accurate Full System x86-64 Microarchitectural Simulator. IEEE International Symposium on Performance Analysis of Systems and Software, pp. 23 – 34. San Jose.
4. Binkert N., Beckmann B., Black G. et al. (2011). The gem5 simulator. ACM SIGARCH Computer Architecture News, Vol. 39 (2), pp. 1 – 7.
5. Patel A., Afram F., Chen S., Ghose K. (2011). MARSS: a Full System Simulator for Multicore x86 Cpus. The Proceedings of the 48th Design Automation Conference (DAC), pp. 1050 – 1055. San Diego.
6. Austin T., Larson E., Ernst D. (2002). SimpleScalar: an Infrastructure for Computer System Modeling. Computer, Vol. 35 (2), pp. 59 – 67.
7. Sportisse B. (2010). Fundamentals in Air Pollution: from Processes to Modelling. Springer.
8. Semakin A. N., Rastigejev Y. (2016). Numerical Simulation of Global-Scale Atmospheric Chemical Transport with High-Order Wavelet-Based Adaptive Mesh Refinement Algorithm. Monthly Weather Review, Vol. 144 (4), pp. 1469 – 1486.
9. Semakin A. N. (2017). Software for creating adaptive grids. Trudy Instituta sistemnogo programmirovaniya RAN, Vol. 29 (5), pp. 311 – 328. [in Russian language]
10. Semakin A. N., Rastigejev Y. (2020). Optimized Wavelet-Based Adaptive Mesh Refinement Algorithm for Numerical Modeling of Three-Dimensional Global-Scale Atmospheric Chemical Transport. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, Vol. 146, 729, pp. 1564 – 1574.

+ - Заказать электронную версию статьи (Purchase digital version of a single article) Click to collapse

Рус

Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).

Стоимость статьи 500 руб. (в том числе НДС 20%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.

После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.

Для заказа скопируйте doi статьи:

10.14489/vkit.2018.01.pp.003-012

и заполните форму

Отправляя форму вы даете согласие на обработку персональных данных.

Eng

This article is available in electronic format (PDF).

The cost of a single article is 500 rubles. (including VAT 20%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.

After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.

To order articles please copy the article doi:

10.14489/vkit.2018.01.pp.003-012

and fill out the form