MultiSim

gem5 模拟的多处理支持。

问题

gem5 模拟器是单线程的。

这是核心设计的一部分，由于转换整个代码库的高成本，不太可能改变。

因此，我们无法通过更多的核心和线程来”加速”您的工作。

洞察

gem5 模拟器用于实验。

实验涉及探索当所有其他变量保持不变时，感兴趣的变量如何改变系统的行为。因此，使用 gem5 模拟器进行实验需要多次运行模拟器。 可以并行运行多个 gem5 实例。

如果不是使用多线程的单一 gem5 进程，为什么不使用多个 gem5 进程，每个都是单线程的呢？

（（这对我们来说非常方便，因为我们不需要担心多线程的复杂性：内存一致性等。））

人们已经在这样做…某种程度上…

前往 materials/02-Using-gem5/11-multisim/01-multiprocessing-via-script 目录查看一个完整的示例，展示如何不运行多个 gem5 进程。

这是典型的做法，但不推荐。

编写脚本来运行多个 gem5 进程：

1. 需要用户编写脚本。
   1. 增加了入门门槛。
   2. 增加了出错的可能性。
   3. 需要用户管理输出文件。
2. 非标准化（每个人的做法都不同）。
   1. 难以与他人分享。
   2. 难以重现。
   3. 现在或将来都没有内置支持。

更好的方法

MultiSim 是 gem5 的一个功能，允许用户从单个 gem5 配置脚本运行多个 gem5 进程。

该脚本概述了要运行的模拟。 父 gem5 进程（用户直接启动的进程）会生成 gem5 子进程，每个子进程都能够运行这些模拟。

通过 Python multiprocessing 模块，父 gem5 进程将模拟（”作业”）排队，供子 gem5 进程（”工作线程”）执行。

与简单地编写脚本来运行多个 gem5 进程相比，Multisim 有几个优势：

1. 我们（gem5 开发者）为您处理这些。
   1. 降低入门门槛。
   2. 降低出错的可能性。
   3. Multisim 会自动处理输出文件。
2. 标准化。
   1. 易于与他人分享（只需发送脚本）。
   2. 易于重现（只需运行脚本）。
   3. 允许未来的支持（编排等）。

一些注意事项（这是新功能：请耐心等待）

此功能自版本 24.0 起是新的。

它还不完全成熟，仍然缺乏工具和库支持，这些支持将允许更大的灵活性和易用性。 然而，这个简短的教程应该能让您对如何继续使用它有一个很好的了解。

让我们看一个例子

首先打开 materials/02-Using-gem5/11-multisim/02-multiprocessing-via-multisim/multisim-experiment.py。

此配置脚本与上一个示例中的脚本几乎相同，但移除了 argparse 代码并添加了 multisim 导入：

开始：声明最大处理器数量

# Sets the maximum number of concurrent processes to be 2.
multisim.set_num_processes(2)

如果未设置，gem5 将默认消耗所有可用线程。 我们强烈建议设置此值以避免过度消耗系统资源。 将此行放在配置脚本的顶部附近。

使用简单的 Python 结构定义多个模拟

for data_cache_size in ["8kB","16kB"]:
    for instruction_cache_size in ["8kB","16kB"]:
        cache_hierarchy = PrivateL1CacheHierarchy(
            l1d_size=data_cache_size,
            l1i_size=instruction_cache_size,
        )

用此代码替换 multisim-experiment.py 中的缓存层次结构，并缩进缓存层次结构之后的代码，使其全部位于内部 for 循环（for instruction_cache_size ...）内。

创建模拟并将其添加到 MultiSim 对象

关键区别：模拟器对象通过 add_simulator 函数传递给 MultiSim 模块。

这里不调用 run 函数。相反，它参与 MultiSim 模块的执行。

multisim.add_simulator(
    Simulator(
        board=board,
        id=f"process_{data_cache_size}_{instruction_cache_size}"
    )
)

id 参数用于标识模拟。强烈建议设置此参数。每个输出目录将根据 id 参数命名。

执行多个模拟

可以在 materials/02-Using-gem5/11-multisim/completed/02-multiprocessing-via-multisim/multisim-experiment.py 找到完整的示例。

cd /workspaces/2024/materials/02-Using-gem5/11-multisim/completed/02-multiprocessing-via-multisim
gem5 -m gem5.utils.multisim multisim-experiment.py

检查 “m5out” 目录以查看每个模拟的分离输出文件。

从 MultiSim 配置执行单个模拟

您也可以从 MultiSim 配置脚本执行单个模拟。 为此，只需将配置脚本直接传递给 gem5（即，不要使用 -m gem5.multisim multisim-experiment.py）。

要列出 MultiSim 配置脚本中模拟的 ID：

gem5 {config} --list

要执行单个模拟，传递 ID：

gem5 {config} {id}