Gem5模拟器学习（五）

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FS全系统模拟

一、构建X86系统

切换到gem目录下，使用Scons进行构建

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scons ./build/X86/gem5.opt -j [NumberOfThread]

二、获取镜像文件和Linux内核文件

FS模拟会启动Linux操作系统，会模拟系统的所有组件。因此需要给系统配置相应的Linux内核以及磁盘镜像

img 文件和 vmlinux 文件是 gem5 中启动操作系统所需的两个重要文件。

  • 磁盘镜像（img 文件）储存了操作系统的文件系统和应用程序，这些文件是操作系统运行所必需的。操作系统需要文件系统来存储和组织文件，需要应用程序来实现特定功能。
  • Linux内核文件（vmlinux 文件）储存了操作系统的内核代码。内核是操作系统的核心部分，负责管理系统资源和提供基本的服务。如果没有内核，操作系统就无法正常启动和运行。

1. 自动获取脚本

官方教程中使用的img和vmlinux直接来自于gem5资源库（resource repository），直接利用Resource类（gem5: gem5-resources）下载到本地。Gem5官网提供了通过Resource自动获取img文件和vmlinux文件，并运行全系统模拟的示例脚本，脚本代码在configs/example/gem5_library/目录中。以configs/example/gem5_library/x86-parsec-benchmarks.py为例

gem5可以通过KVM对仿真进行加速，但有的CPU不支持KVM，查看你的处理器是否支持KVM。可以通过安装sudo apt install qemu-kvm并通过kvm-ok来查看

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# 安装qemu-kvm
sudo apt install qemu-kvm
# 查看KVM是否安装
kvm-ok

我的处理器并不支持KVM

因此只能关闭KVM

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# Step1 使用requires进行检查时将kvm_required置为False
requires(
    isa_required=ISA.X86,
    coherence_protocol_required=CoherenceProtocol.MESI_TWO_LEVEL,
    # kvm_required=True,
    kvm_required=False,
)

# Step2 设置处理器时，均使用TIMING处理器
processor = SimpleSwitchableProcessor(
    # starting_core_type=CPUTypes.KVM,
    starting_core_type=CPUTypes.TIMING,
    switch_core_type=CPUTypes.TIMING,
    isa=ISA.X86,
    num_cores=2,
)

这样就可以运行模拟了，使用的benchmark和size可以在该脚本的注释中查看

2.自己制作img文件

三、设置环境变量

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# 修改bashrc文件以添加环境变量
vim ~/.bashrc
# 在打开的文件的尾部加入环境变量
export M5_PATH=gem5绝对路径/full-system-image

四、通过配置文件启动模拟系统

gem5提供了许多配置文件来配置不同的系统，其中可以由fs.py与命令行参数搭配快速实现不同配置的全系统模拟

fs.py的各种命令行参数可以通过fs.py -h查看

m5端

1. m5介绍

2. 生成m5以及对应的libm5.a库

要在应用程序中使用m5提供的指令，首先需要生成m5以及对应的libm5.a库

ps: 编译之前好像要确保安装clang，并保证其版本为6-10

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# Step 1 切换到gem5/util/m5目录
 cd util/m5
# Step 2 编译
 scons build/x86/out/m5

利用libm5.a库，即可在应用程序中使用libm5.a库中的函数

编写如下测试程序

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########hello_m5.cpp##########
#include <stdio.h>
#include "gem5/m5ops.h"  //引入m5ops.h库
 
int main(int argc, char* argv[])
{
    m5_reset_stats(0,0);  //重置模拟统计数据，m5库中实现的函数
 
    printf("Hello world!\n");
    
    m5_dump_stats(0,0);  //将模拟统计数据保存，m5库中实现的函数
    return 0;
}

利用g++和库进行编译

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g++ -o hello_m5 hello_m5.cpp -std=c++11 \
-Igem5绝对路径/include \
-Lgem5绝对路径/util/m5/build/x86/out -lm5

g++ -o hello_m5 hello_m5.cpp -std=c++11 \
-I$GEM5/include \
-L$GEM5/util/m5/build/x86/out -lm5

g++ -o hello_m5 hello_m5.cpp -std=c++11 \
-I$GEM5/include \
-L$GEM5/include -lm5

然后将编译出的可执行文件通过文件挂载的方式存储到img镜像文件中。

3. 启动m5端

启动m5有两种方法，一种是通过系统自带的telnet或者gem5中提供的m5term工具，推荐m5term。

（1）telnet

使用不需要额外安装或配置，直接

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telent <host> <post>

例如

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telnet localhost 3456
// 3456表示用于连接模拟系统的端口号，再gem5模拟中，默认的起始端口号为3456，
// 当后续需要模拟多个系统，端口号需要每次增加1

（2）m5term

使用m5前，必须先根据源码构建该工具

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# Step 1 切换到gem5/util/term目录
 cd util/term
# Step 2 编译
 gcc  -o m5term term.c
# Step 3 安装
 sudo install -o root -m 555 m5term /usr/local/bin

之后，就可以通过与telnet类似的方式启动m5了

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m5term <host> <post>