基于QEMU的高效指令追踪技术

作者：王涛; 秦宵宵; 徐学政^*; 王璐; 方健

来源：计算机系统应用, 2023, 32(11): 3-10.

DOI：10.15888/j.cnki.csa.009330

• QEMU
• RISC-V
• 指令追踪
• 模拟器
• 处理器

系统模拟器通过模拟处理器、内存、外设等硬件资源创建一个完整的虚拟计算机环境,支持运行和调试不同架构的软件,可大大缩短跨架构的软件开发周期.模拟器的调试模块通常具有指令追踪功能,可记录程序运行的指令序列以用于进一步分析,如程序运行时间评估、程序行为模式分析、软硬件联合仿真等.支持RISC-V架构的主流模拟器QEMU和Spike均具有指令追踪功能,但其时间和空间开销过大,在应对规模较大的应用时效率低下.本文提出了一种基于QEMU的指令追踪技术,将程序中的基本块、控制流图等静态信息与分支选择等动态信息解耦,在保证指令序列不失真的同时高效追踪执行序列.相比QEMU原生实现的指令追踪,本文提出的指令追踪技术的时间开销平均降低了80%以上,空间开销平均降低了95%以上.此外,本文面向RISC-V架构,实现了多种场景下的指令序列离线分析,包括指令分类统计、程序热点标记、行为模式分析等.