CN115454792A - 嵌入式操作系统上性能瓶颈分析方法及系统 - Google Patents

嵌入式操作系统上性能瓶颈分析方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种嵌入式操作系统上性能瓶颈分析方法及系统，包括：通过软件采集嵌入式系统体系结构中的指定软硬件事件，得到嵌入式系统在指定事件上的命中次数，以及命中时的上下文信息；在目标机终端根据统计的数据，展示事件产生的次数与上下文信息的关系，反映嵌入式操作系统中性能瓶颈的位置与原因；目标机将统计数据通过传输介质传送给主机；在上位机中根据统计的数据，图形化展示事件产生的次数与上下文信息的关系，直观反映嵌入式操作系统中性能瓶颈的位置与原因，让开发人员方便的对系统性能调优。本发明通过分析应用程序运行时软硬件体系架构提供的性能事件特征，来反映软件程序的动态行为和设计缺陷。

Description

嵌入式操作系统上性能瓶颈分析方法及系统
技术领域
本发明涉及系统性能测试领域，具体地，涉及一种嵌入式操作系统上性能瓶颈分析方法及系统。
背景技术
对于嵌入式操作系统来说，性能指标至关重要，特别是性能瓶颈问题，在资源不变的情况下，能够有效地提高系统的响应速度和性能。瓶颈分析通常需要记录大量的数据，为了提高效率，通过软硬件结合的手段研发性能瓶颈分析工具。目前集成开发环境大多数是通过插桩的方式对应用程序的性能进行分析。但是这种方法对程序本身的执行会造成明显的干扰，额外开销较大。在多核处理器系统中，不同的CPU核与系统调度、临界区、中断等多种因素相关，导致多核上的负载监控难以实时反映当前状态。
综上所述，现有技术中，对于嵌入式操作系统及应用开发人员在开发调试阶段难以定位性能瓶颈问题，缺少有效的手段。
专利文献CN108521353A(申请号：201810281859.2)公开了一种定位性能瓶颈的处理方法、设备及可读存储介质，包括：在待测系统中执行全链路压力测试任务，并在压力测试任务执行过程中，采集待测系统中与压力测试任务相关的各子系统的日志信息；在压力测试任务结束后，基于采集的各子系统的日志信息，计算待测系统中每一子系统的请求平均响应时间；生成待测系统的压力测试结果报表，以供基于所述压力测试结果报表定位待测系统的性能瓶颈；其中，所述压力测试结果报表中包含有各子系统之间的调用关系以及每一子系统的请求平均响应时间。但该发明没有通过分析应用程序运行时软硬件体系架构提供的性能事件特征，来反映软件程序的动态行为和设计缺陷。
专利文献CN108874613B(申请号：201710325195.0)公开了一种性能瓶颈定位量化方法、装置及嵌入式IO系统，所述嵌入式IO系统包括至少一个CPU和硬件IO，CPU与硬件IO通过系统总线共享存储器和定时器，该性能瓶颈定位量化方法包括：通过固件采集定时器中的CPU时间和IO时间，得到整个嵌入式IO系统在一段时间内的耗时统计数据；在上位机中根据耗时统计数据得到CPU时间及IO时间的时间轴关系，通过时间轴关系直观反映嵌入式IO系统性能瓶颈的位置和原因，对嵌入式IO系统进行性能优化。但该发明没有通过分析应用程序运行时软硬件体系架构提供的性能事件特征，来反映软件程序的动态行为和设计缺陷。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种嵌入式操作系统上性能瓶颈分析方法及系统。
根据本发明提供的一种嵌入式操作系统上性能瓶颈分析方法，包括：
步骤S1：通过软件采集嵌入式系统体系结构中的指定软硬件事件，得到嵌入式系统在指定事件上的命中次数，以及命中时的上下文信息；
步骤S2：在目标机终端根据统计的数据，展示事件产生的次数与上下文信息的关系，反映嵌入式操作系统中性能瓶颈的位置与原因；
步骤S3：目标机将统计数据通过传输介质传送给主机；
步骤S4：在上位机中根据统计的数据，图形化展示事件产生的次数与上下文信息的关系，反映嵌入式操作系统中性能瓶颈的位置与原因。
优选地，在所述步骤S1中：
步骤S1.1：使能事件，事件信息包含统计的类型，和所统计的CPU核；
步骤S1.2：在检测到事件被触发后，将当前的上下文信息保存到存储介质当中。
步骤S1.3：重新使能事件。
优选地，在所述步骤S2中：
步骤S2.1：在目标机终端上，输入命令触发数据显示；
步骤S2.2：目标机软件通过读取存储介质上的数据，统计后显示在终端上。
优选地，在所述步骤S3中：
步骤S3.1：目标机软件周期读取事件的统计信息；
步骤S3.2：目标机软件将周期读取的统计信息发送到上位机。
步骤S3.3：上位机软件接收到统计信息后，存放到上位机的存储介质当中。
优选地，在所述步骤S4中：
步骤S4.1：上位机软件周期读取存储介质中事件的统计信息；
步骤S4.2：上位机软件将统计信息显示到终端。
根据本发明提供的一种嵌入式操作系统上性能瓶颈分析系统，包括：
模块M1：通过软件采集嵌入式系统体系结构中的指定软硬件事件，得到嵌入式系统在指定事件上的命中次数，以及命中时的上下文信息；
模块M2：在目标机终端根据统计的数据，展示事件产生的次数与上下文信息的关系，反映嵌入式操作系统中性能瓶颈的位置与原因；
模块M3：目标机将统计数据通过传输介质传送给主机；
模块M4：在上位机中根据统计的数据，图形化展示事件产生的次数与上下文信息的关系，反映嵌入式操作系统中性能瓶颈的位置与原因。
优选地，在所述模块M1中：
模块M1.1：使能事件，事件信息包含统计的类型，和所统计的CPU核；
模块M1.2：在检测到事件被触发后，将当前的上下文信息保存到存储介质当中。
模块M1.3：重新使能事件。
优选地，在所述模块M2中：
模块M2.1：在目标机终端上，输入命令触发数据显示；
模块M2.2：目标机软件通过读取存储介质上的数据，统计后显示在终端上。
优选地，在所述模块M3中：
模块M3.1：目标机软件周期读取事件的统计信息；
模块M3.2：目标机软件将周期读取的统计信息发送到上位机。
模块M3.3：上位机软件接收到统计信息后，存放到上位机的存储介质当中。
优选地，在所述模块M4中：
模块M4.1：上位机软件周期读取存储介质中事件的统计信息；
模块M4.2：上位机软件将统计信息显示到终端。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明通过分析应用程序运行时软硬件体系架构提供的性能事件特征，来反映软件程序的动态行为和设计缺陷；
2、本发明解决插桩方式导致的性能下降等额外开销及多核性能负载难以准确量化评估的问题。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为设备框图；
图2为数据采集信息示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1：
本发明涉及一种嵌入式操作系统上的性能瓶颈分析方法，如图1-图2所示，该方法使用采集特定事件的方式分析嵌入式软件系统中的性能瓶颈。
本方法包括如下步骤：
步骤1：通过软件采集嵌入式系统体系结构中的指定软硬件事件，得到整个嵌入式系统在该事件上的命中次数，以及命中时的上下文信息(如程序堆栈，PC指针，当前执行函数名，当前线程、所处CPU等)；
步骤2：在目标机终端根据统计的数据，展示事件产生的次数与上下文信息的关系，直观反映嵌入式操作系统中性能瓶颈的位置与原因；
步骤3：目标机将统计数据通过传输介质传送给主机；
步骤4：在上位机中根据统计的数据，图形化展示事件产生的次数与上下文信息的关系，直观反映嵌入式操作系统中性能瓶颈的位置与原因，让开发人员方便的对系统性能调优；
其中，步骤1包括如下步骤：
步骤1.1：使能事件(事件信息包含统计的类型，如定时器，cpu周期，总线周期等，也包含所统计的CPU核)；
步骤1.2：在检测到事件被触发后，将当前的上下文信息(如程序堆栈，PC指针，当前执行函数名，当前线程等)保存到存储介质当中。
步骤1.3：重新使能事件。
步骤2包括如下步骤：
步骤2.1：在目标机终端上，输入命令触发数据显示；
步骤2.2：目标机软件通过读取存储介质上的数据，统计后显示在终端上。
步骤3包括如下步骤：
步骤3.1：目标机软件周期读取事件的统计信息；
步骤3.2：目标机软件将周期读取的统计信息发送到上位机。
步骤3.3：上位机软件接收到统计信息后，存放到上位机的存储介质当中。
步骤4包括如下步骤：
步骤4.1：上位机软件周期读取存储介质中事件的统计信息；
步骤4.2：上位机软件将统计信息显示到终端。
实施例2：
实施例2为实施例1的优选例，以更为具体地对本发明进行说明。
采集定时器事件，从时间角度分析系统性能瓶颈
步骤1：指定采集，以及命中时的上下文信息(如程序堆栈，PC指针，当前执行函数名，当前线程、所处CPU等)；
步骤2：在目标机终端根据统计的数据，展示事件产生的次数与上下文信息的关系，直观反映嵌入式操作系统中性能瓶颈的位置与原因；
步骤3：目标机将统计数据通过传输介质传送给主机；
步骤4：在上位机中根据统计的数据，图形化展示事件产生的次数与上下文信息的关系，直观反映嵌入式操作系统中性能瓶颈的位置与原因，让开发人员方便的对系统性能调优；
其中，步骤1包括如下步骤：
步骤1.1：使能定时器事件；
步骤1.2：在检测到事件被触发后，将当前的上下文信息(如程序堆栈，PC指针，当前执行函数名，当前线程等)保存到存储介质当中。
步骤1.3：重新使能事件。
步骤2包括如下步骤：
步骤2.1：在目标机终端上，输入命令触发数据显示；
步骤2.2：目标机软件通过读取存储介质上的数据，统计后显示在终端上。
步骤3包括如下步骤：
步骤3.1：目标机软件周期读取事件的统计信息；
步骤3.2：目标机软件将周期读取的统计信息发送到上位机。
步骤3.3：上位机软件接收到统计信息后，存放到上位机的存储介质当中。
步骤4包括如下步骤：
步骤4.1：上位机软件周期读取存储介质中事件的统计信息；
步骤4.2：上位机软件将统计信息显示到终端。
实施例3：
实施例3为实施例1的优选例，以更为具体地对本发明进行说明。
采集处理器指令周期事件，从系统角度分析系统性能瓶颈
步骤1：指定采集，以及命中时的上下文信息(如程序堆栈，PC指针，当前执行函数名，当前线程、所处CPU等)；
步骤2：在目标机终端根据统计的数据，展示事件产生的次数与上下文信息的关系，直观反映嵌入式操作系统中性能瓶颈的位置与原因；
步骤3：目标机将统计数据通过传输介质传送给主机；
步骤4：在上位机中根据统计的数据，图形化展示事件产生的次数与上下文信息的关系，直观反映嵌入式操作系统中性能瓶颈的位置与原因，让开发人员方便的对系统性能调优；
其中，步骤1包括如下步骤：
步骤1.1：使能处理器指令周期事件；
步骤1.2：在检测到事件被触发后，将当前的上下文信息(如程序堆栈，PC指针，当前执行函数名，当前线程等)保存到存储介质当中。
步骤1.3：重新使能事件。
步骤2包括如下步骤：
步骤2.1：在目标机终端上，输入命令触发数据显示；
步骤2.2：目标机软件通过读取存储介质上的数据，统计后显示在终端上。
步骤3包括如下步骤：
步骤3.1：目标机软件周期读取事件的统计信息；
步骤3.2：目标机软件将周期读取的统计信息发送到上位机。
步骤3.3：上位机软件接收到统计信息后，存放到上位机的存储介质当中。
步骤4包括如下步骤：
步骤4.1：上位机软件周期读取存储介质中事件的统计信息；
步骤4.2：上位机软件将统计信息显示到终端。
实施例4：
实施例4为实施例1的优选例，以更为具体地对本发明进行说明。
采集分支预测失败事件，从系统角度分析系统性能瓶颈
步骤1：指定采集，以及命中时的上下文信息(如程序堆栈，PC指针，当前执行函数名，当前线程、所处CPU等)；
步骤2：在目标机终端根据统计的数据，展示事件产生的次数与上下文信息的关系，直观反映嵌入式操作系统中性能瓶颈的位置与原因；
步骤3：目标机将统计数据通过传输介质传送给主机；
步骤4：在上位机中根据统计的数据，图形化展示事件产生的次数与上下文信息的关系，直观反映嵌入式操作系统中性能瓶颈的位置与原因，让开发人员方便的对系统性能调优；
其中，步骤1包括如下步骤：
步骤1.1：使能分支预测失败事件；
步骤1.2：在检测到事件被触发后，将当前的上下文信息(如程序堆栈，PC指针，当前执行函数名，当前线程等)保存到存储介质当中。
步骤1.3：重新使能事件。
步骤2包括如下步骤：
步骤2.1：在目标机终端上，输入命令触发数据显示；
步骤2.2：目标机软件通过读取存储介质上的数据，统计后显示在终端上。
步骤3包括如下步骤：
步骤3.1：目标机软件周期读取事件的统计信息；
步骤3.2：目标机软件将周期读取的统计信息发送到上位机。
步骤3.3：上位机软件接收到统计信息后，存放到上位机的存储介质当中。
步骤4包括如下步骤：
步骤4.1：上位机软件周期读取存储介质中事件的统计信息；
步骤4.2：上位机软件将统计信息显示到终端。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种嵌入式操作系统上性能瓶颈分析方法，其特征在于，包括：
步骤S1：通过软件采集嵌入式系统体系结构中的指定软硬件事件，得到嵌入式系统在指定事件上的命中次数，以及命中时的上下文信息；
步骤S2：在目标机终端根据统计的数据，展示事件产生的次数与上下文信息的关系，反映嵌入式操作系统中性能瓶颈的位置与原因；
步骤S3：目标机将统计数据通过传输介质传送给主机；
步骤S4：在上位机中根据统计的数据，图形化展示事件产生的次数与上下文信息的关系，反映嵌入式操作系统中性能瓶颈的位置与原因。
2.根据权利要求1所述的嵌入式操作系统上性能瓶颈分析方法，其特征在于，在所述步骤S1中：
步骤S1.1：使能事件，事件信息包含统计的类型，和所统计的CPU核；
步骤S1.2：在检测到事件被触发后，将当前的上下文信息保存到存储介质当中。
步骤S1.3：重新使能事件。
3.根据权利要求1所述的嵌入式操作系统上性能瓶颈分析方法，其特征在于，在所述步骤S2中：
步骤S2.1：在目标机终端上，输入命令触发数据显示；
步骤S2.2：目标机软件通过读取存储介质上的数据，统计后显示在终端上。
4.根据权利要求1所述的嵌入式操作系统上性能瓶颈分析方法，其特征在于，在所述步骤S3中：
步骤S3.1：目标机软件周期读取事件的统计信息；
步骤S3.2：目标机软件将周期读取的统计信息发送到上位机。
步骤S3.3：上位机软件接收到统计信息后，存放到上位机的存储介质当中。
5.根据权利要求1所述的嵌入式操作系统上性能瓶颈分析方法，其特征在于，在所述步骤S4中：
步骤S4.1：上位机软件周期读取存储介质中事件的统计信息；
步骤S4.2：上位机软件将统计信息显示到终端。
6.一种嵌入式操作系统上性能瓶颈分析系统，其特征在于，包括：
模块M1：通过软件采集嵌入式系统体系结构中的指定软硬件事件，得到嵌入式系统在指定事件上的命中次数，以及命中时的上下文信息；
模块M2：在目标机终端根据统计的数据，展示事件产生的次数与上下文信息的关系，反映嵌入式操作系统中性能瓶颈的位置与原因；
模块M3：目标机将统计数据通过传输介质传送给主机；
模块M4：在上位机中根据统计的数据，图形化展示事件产生的次数与上下文信息的关系，反映嵌入式操作系统中性能瓶颈的位置与原因。
7.根据权利要求6所述的嵌入式操作系统上性能瓶颈分析系统，其特征在于，在所述模块M1中：
模块M1.1：使能事件，事件信息包含统计的类型，和所统计的CPU核；
模块M1.2：在检测到事件被触发后，将当前的上下文信息保存到存储介质当中。
模块M1.3：重新使能事件。
8.根据权利要求6所述的嵌入式操作系统上性能瓶颈分析系统，其特征在于，在所述模块M2中：
模块M2.1：在目标机终端上，输入命令触发数据显示；
模块M2.2：目标机软件通过读取存储介质上的数据，统计后显示在终端上。
9.根据权利要求6所述的嵌入式操作系统上性能瓶颈分析系统，其特征在于，在所述模块M3中：
模块M3.1：目标机软件周期读取事件的统计信息；
模块M3.2：目标机软件将周期读取的统计信息发送到上位机。
模块M3.3：上位机软件接收到统计信息后，存放到上位机的存储介质当中。
10.根据权利要求6所述的嵌入式操作系统上性能瓶颈分析系统，其特征在于，在所述模块M4中：
模块M4.1：上位机软件周期读取存储介质中事件的统计信息；
模块M4.2：上位机软件将统计信息显示到终端。
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