gem5学习1——Introduction_gem5介绍

官网原文：gem5 Introduction 

1、什么是gem5？

gem5是一个模块化离散事件驱动的计算机系统模拟平台。这表示： 

1. gem5可以根据需求重排、参数化、扩展或替换；
2. 它以一系列离散事件模真时间的流逝；
3. 它用于以多种方式模拟一个或多个计算机系统；
4. 它不只是一个模拟器，它是一个允许用户使用预置组件建立自己的模拟系统的模拟器平台；

gem5由C++和Python共同完成，大部分组件满足BSD证书。可以在FS（full system）模式下模拟完整的系统，或在SE（syscall emulation）模式下由模拟器提供系统调用模拟用户空间程序。gem5支持： 
ISA：Alpha, ARM, MIPS, Power, SPARC, 64位x86 
CPU：两个简单的单CPI模型，乱序模型，顺序流水线模型
存储系统可以灵活构建cache以及crossbar。目前，Ruby模拟器与gem5集成，可以提供更为灵活的存储系统建模。

2、创造性的功能

gem5用于计算机体系结构研究，如果要添加新功能，gem5的模块化设计允许在不了解gem5全部机制的前提下修改特定的功能。 
若添加了新的功能，请考虑回馈gem5为更多的人提供方便。

3、获取

gem5源码由Mercurial版本控制系统管理。可能感兴趣的库： 
1. gem5 — 主库
2. gem5-stable — 与gem5的内容基本相同，通常建议使用“gem5” 
3. encumbered — gem5的扩展库，使用更为严格的许可证。目前只含有SimpleScalar EIO路径格式的支持。 
4. Linux-patches — linux补丁库，提升模拟效率。这些补丁为可选项，建议使用以降低模拟运行时间。

若刚开始使用gem5，你可能会需要Mercurial来获取gem5或gem5-stable库。 
获取副本需要确认你的系统上安装了Mercurial并能够运行hg命令。随后使用hg clone 来创建自己的本地副本。使用URL http://repo.gem5.org/XXX ，其中XXX处填写你感兴趣的库名。例如，获取主库：

hg clone http://repo.gem5.org/gem5

运行hg help 查看更多内容。或访问下列网站： 
hginit 提供Mercurial的基本概念介绍 
HGBook Mercurial指南

4、获得额外的工具及文件
建立gem5需要的额外的工具以及平台如下：

gem5学习2——Dependencies

gem5 Dependencies

如果想运行全系统版本（包括全系统回归测试），还需要下载全系统文件（磁盘映像和二进制文件）。Alpha、Arm、x86的内核、磁盘映像、引导程序可在Download(gem5学习3——Download)下载。SPARC的磁盘映像链接为OpenSPARC 。

这些文件的路径写在 ./configs/common/SysPaths.py 中。有些默认路径固化在脚本中，将文件放在相应的默认路径中或编辑SysPaths.py文件修改文件路径，也可以通过设置M5_PATH环境变量来覆盖文件中的路径。若没有该步骤，在第一次尝试运行FS模式时会看到如下error：ImportError: Can't find a path to system files.
注意，默认路径 /dist/m5/system 需要root权限（sudo），并且文件放置的位置可以被多用户共享。如果满足以上两个条件，可以按照如下例子将系统文件放到默认路径：

sudo mkdir -p /dist/m5/system
cd /dist/m5/system
sudo tar vxfj <path>/m5_system_2.0b3.tar.bz2
sudo mv m5_system_2.0b3/* . ; sudo rmdir m5_system_2.0b3/
sudo chgrp -R <grp> /dist  # where <grp> is a group that contains all the m5 users

大多数情况下，最简单的办法是把文件放在方便的位置并修改M5_PATH变量。

5、编译

gem5使用scons建立系统。在源目录下运行scons build/<config>/<binary> 建立模拟器。<config> 指代build变量预定义集，<binary> 指代一种m5二进制文件。
<config> 预定义集中的变量决定的配置信息影响建立的二进制模拟器的行为、构成和功能。变量包括支持的ISA、要编译的CPU模式以及相应的协议Ruby。样例配置文件见build_opts目录。
<binary> 合法二进制名称有：gem5.debug, gem5.opt, gem5.fast, gem5.prof。不同二进制有不同的特性。
gem5.debug 有关闭了优化，使gdb一类的工具更易于调试；
gem5.opt有打开优化，但保留了调试输出和断言；
gem5.fast去除了调试工具；
gem5.prof用于与gprof共同使用。 

通常会选择gem5.opt。举例，建立SE模式，ARM架构，打开优化并保留调试，运行如下指令：

scons build/ARM/gem5.opt

随后可以在源目录下看到 build/ARM/目录，其中有要求的gem5.opt文件。在随后的章节中，假设这就是你使用的bin文件。

更多细节见

gem5学习4——Build System

Build System

6、运行

建立了gem5后，现在可以运行它了。一个gem5命令行由四部分组成：二进制文件、gem5选项、要运行的配置脚本、配置脚本的选项。在 ./configs/example 下可以看到几个配置脚本样例。你也可以自己编写脚本，但样例是个好的开始。以se.py举例，建立了一个基本的系统调用仿真模式。运行hello world样例。命令行如下：

build/ARM/gem5.opt configs/example/se.py -c tests/test-progs/hello/bin/arm/linux/hello

建立了一个模拟系统，运行指定位置的二进制文件，并开始模拟。运行结果及控制台输出如下：

gem5 Simulator System.  http://gem5.org 
gem5 is copyrighted software; use the --copyright option for details.


gem5 compiled Jul 17 2011 19:16:28
gem5 started Jul 17 2011 19:18:16
gem5 executing on zizzer
command line: ./build/ARM/m5.opt configs/example/se.py
Global frequency set at 1000000000000 ticks per second
0: system.remote_gdb.listener: listening for remote gdb #0 on port 7000
**** REAL SIMULATION ****
info: Entering event queue @ 0.  Starting simulation...
Hello world!
hack: be nice to actually delete the event here
Exiting @ tick 3188500 because target called exit()

可以看到模拟器输出很多信息，但”Hello world!”一行来自被模拟的程序。模拟过程中生成的输出文件放在m5out目录下，数据在stats.txt文件中。

在这个例子中，并未提供gem5的选项。如果有选项，则放在命令行中gem5.opt与se.py之间。用--help查看支持的命令行选项。注意，两组选项不同，确保你知道它们放在配置脚本之前还是之后。

更多细节见Running_gem5 。

7、求助

gem5有两个邮件列表（mailing list）用于寻求建议和帮助。 

gem5-dev用于主要版本的gem5开发者。gem5主版本为网站上发布并且最有可能被用户用于完成模拟的版本。 

gem5-users是一个更大的面向用户的邮件列表。上面的用户多为纯用户，或起初并未参与官方发布版本的gem5开发的人员。

通常情况下，gem5-users更为适用。在gem5-dev中的用户，包括所有的主要开发者以及gem5团体的其它成员都在gem5-users上，他们都会看到你在gem5-users上提出的问题。通过gem5-users，他们可以回答你提出的问题，以及其他人对你的问题有什么看法或回答。

8、哪些有效

gem5联合了一些不同的ISA、系统模型（SE/FS）、CPU模型以及存储系统模型来共同工作。不是所有组合都被完全测试过或完全有效。Status Matrix记录了这些组合的当前状态。如果遇到一个被支持的组合不再有效或不确定的组合能够有效工作，请发邮件到邮件列表告之我们。

9、源码更新

当开发者发布新版本的gem5库时，运行一下指令得到最新版本：

hg pull

如果与新版本不冲突，你自己的改动会被保留。如果必要，请重新编译gem5。