c++ - 在 Intel Kaby Lake 架构上获取末级缓存未命中计数的确切代码是什么

Question

我读了一篇有趣的论文，题为“对末级缓存的高分辨率侧 channel 攻击”，并想找出适用于我自己机器的索引哈希函数，即 Intel Core i7-7500U (Kaby Lake架构)——遵循这项工作的线索。

要对散列函数进行逆向工程，论文将第一步提到为:

 for (n=16; ; n++) 
 {
   // ignore any miss on first run
   for (fill=0; !fill; fill++) 
   {
     // set pmc to count LLC miss
     reset_pmc();
     for (a=0; a<n; a++)
       // set_count*line_size=2^19
       load(a*2^19);
   }

   // get the LLC miss count
   if (read_pmc()>0) 
   {
     min = n;
     break;
   }
 }

如何在 C++ 中编写 reset_pmc() 和 read_pmc() 代码？到目前为止，从我在网上阅读的所有内容来看，我认为它需要内联汇编代码，但我不知道使用什么指令来获取 LLC 未命中数。如果有人可以指定这两个步骤的代码，我将不胜感激。

我在 VMware 工作站上运行 Ubuntu 16.04.1(64 位)。

P.S.:我发现在 Intel Architectures Software Developer's Manual 的第 18 章第 3B 卷中提到了这些 LONGEST_LAT_CACHE.REFERENCES 和 LONGEST_LAT_CACHE.MISSES , 但我不知道如何使用它们。

Answer 1

您可以按照 Cody 的建议使用 perf 从代码外部测量事件，但我从您的代码示例中怀疑您需要对性能计数器进行细粒度的编程访问。

要做到这一点，您需要启用计数器的用户模式读取，并且还需要一种对它们进行编程的方法。由于这些是受限操作，您至少需要操作系统内核的一些帮助才能做到这一点。推出自己的解决方案将非常困难，但幸运的是，Ubunty 16.04 有几个现有的解决方案:

• Andi Kleen 的 jevents library ，除其他外，它可以让您从用户空间读取 PMU 事件。我没有亲自使用 pmu-tools 的这一部分，但我使用的东西质量很高。它似乎使用现有的 perf_events系统调用用于计数器编程，因此不需要内核模型。
• libpfc library 是内核模块和用户态代码的从头实现，允许用户态读取性能计数器。我用过这个并且效果很好。您安装允许您对 PMU 进行编程的内核模块，然后使用 libpfc 公开的 API 从用户空间读取计数器(调用归结为 rdpmc 指令)。这是读取计数器的最准确和精确的方法，它包括“开销减法”功能，通过减去由 PMU 读取代码本身引起的事件，可以为您提供测量区域的真实 PMU 计数。您需要固定到单个内核以使计数有意义，如果您的过程被中断，您将得到虚假结果。
• 英特尔的开源 Processor Counter Monitor图书馆。我没有在 Linux 上尝试过，但我使用了它的前身库，名称非常相似的 ¹ Performance Counter Monitor在 Windows 上，它有效。在 Windows 上，它需要内核驱动程序，但在 Linux 上，您似乎可以使用驱动器或让它通过 perf_events。
• 使用likwid图书馆的Marker API功能。 Likwid 已经存在了一段时间并且似乎得到了很好的支持。我过去使用过 likwid，但只是在类似于 perf stat 的情况下测量整个过程，而不是使用标记 API。要使用标记 API，您仍然需要将进程作为 likwid 测量进程的子进程运行，但您可以通过编程方式读取进程中的计数器值，这正是您所需要的(据我了解)。我不确定在使用标记 API 时 likwid 如何设置和读取计数器。

所以你有很多选择!我认为它们都可以工作，但我个人可以为 libpfc 担保，因为我自己在 Ubuntu 16.04 上出于相同的目的使用它。该项目正在积极开发，可能是上述项目中最准确(最少开销)的项目。所以我可能会从那个开始。

上述所有解决方案都应该适用于 Kaby Lake，因为每个连续的“性能监控架构”的功能似乎通常都是前一个的超集，并且 API 通常会保留下来。然而，对于 libpfc，作者有 restricted它只支持 Haswell 的架构(PMA v3)，但你只需要更改 one line of code在本地解决这个问题。

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¹ 实际上，它们通常都以首字母缩写词 PCM 来称呼，我怀疑新项目只是旧 PCM 项目的官方开源延续(它也以源代码形式提供，但没有社区贡献机制)。