Quelle  cat_test.c   Sprache: C

// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
/*
 * Cache Allocation Technology (CAT) test
 *
 * Copyright (C) 2018 Intel Corporation
 *
 * Authors:
 *    Sai Praneeth Prakhya <sai.praneeth.prakhya@intel.com>,
 *    Fenghua Yu <fenghua.yu@intel.com>
 */
#include "resctrl.h"
#include <unistd.h>

#define RESULT_FILE_NAME "result_cat"
#define NUM_OF_RUNS  5

/*
 * Minimum difference in LLC misses between a test with n+1 bits CBM to the
 * test with n bits is MIN_DIFF_PERCENT_PER_BIT * (n - 1). With e.g. 5 vs 4
 * bits in the CBM mask, the minimum difference must be at least
 * MIN_DIFF_PERCENT_PER_BIT * (4 - 1) = 3 percent.
 *
 * The relationship between number of used CBM bits and difference in LLC
 * misses is not expected to be linear. With a small number of bits, the
 * margin is smaller than with larger number of bits. For selftest purposes,
 * however, linear approach is enough because ultimately only pass/fail
 * decision has to be made and distinction between strong and stronger
 * signal is irrelevant.
 */
#define MIN_DIFF_PERCENT_PER_BIT 1UL

static int show_results_info(__u64 sum_llc_val, int no_of_bits,
        unsigned long cache_span,
        unsigned long min_diff_percent,
        unsigned long num_of_runs, bool platform,
        __s64 *prev_avg_llc_val)
{
 __u64 avg_llc_val = 0;
 float avg_diff;
 int ret = 0;

 avg_llc_val = sum_llc_val / num_of_runs;
 if (*prev_avg_llc_val) {
  float delta = (__s64)(avg_llc_val - *prev_avg_llc_val);

  avg_diff = delta / *prev_avg_llc_val;
  ret = platform && (avg_diff * 100) < (float)min_diff_percent;

  ksft_print_msg("%s Check cache miss rate changed more than %.1f%%\n",
          ret ? "Fail:" : "Pass:", (float)min_diff_percent);

  ksft_print_msg("Percent diff=%.1f\n", avg_diff * 100);
 }
 *prev_avg_llc_val = avg_llc_val;

 show_cache_info(no_of_bits, avg_llc_val, cache_span, true);

 return ret;
}

/* Remove the highest bit from CBM */
static unsigned long next_mask(unsigned long current_mask)
{
 return current_mask & (current_mask >> 1);
}

static int check_results(struct resctrl_val_param *param, const char *cache_type,
    unsigned long cache_total_size, unsigned long full_cache_mask,
    unsigned long current_mask)
{
 char *token_array[8], temp[512];
 __u64 sum_llc_perf_miss = 0;
 __s64 prev_avg_llc_val = 0;
 unsigned long alloc_size;
 int runs = 0;
 int fail = 0;
 int ret;
 FILE *fp;

 ksft_print_msg("Checking for pass/fail\n");
 fp = fopen(param->filename, "r");
 if (!fp) {
  ksft_perror("Cannot open file");

  return -1;
 }

 while (fgets(temp, sizeof(temp), fp)) {
  char *token = strtok(temp, ":\t");
  int fields = 0;
  int bits;

  while (token) {
   token_array[fields++] = token;
   token = strtok(NULL, ":\t");
  }

  sum_llc_perf_miss += strtoull(token_array[3], NULL, 0);
  runs++;

  if (runs < NUM_OF_RUNS)
   continue;

  if (!current_mask) {
   ksft_print_msg("Unexpected empty cache mask\n");
   break;
  }

  alloc_size = cache_portion_size(cache_total_size, current_mask, full_cache_mask);

  bits = count_bits(current_mask);

  ret = show_results_info(sum_llc_perf_miss, bits,
     alloc_size / 64,
     MIN_DIFF_PERCENT_PER_BIT * (bits - 1),
     runs, get_vendor() == ARCH_INTEL,
     &prev_avg_llc_val);
  if (ret)
   fail = 1;

  runs = 0;
  sum_llc_perf_miss = 0;
  current_mask = next_mask(current_mask);
 }

 fclose(fp);

 return fail;
}

static void cat_test_cleanup(void)
{
 remove(RESULT_FILE_NAME);
}

/*
 * cat_test - Execute CAT benchmark and measure cache misses
 * @test: Test information structure
 * @uparams: User supplied parameters
 * @param: Parameters passed to cat_test()
 * @span: Buffer size for the benchmark
 * @current_mask Start mask for the first iteration
 *
 * Run CAT selftest by varying the allocated cache portion and comparing the
 * impact on cache misses (the result analysis is done in check_results()
 * and show_results_info(), not in this function).
 *
 * One bit is removed from the CAT allocation bit mask (in current_mask) for
 * each subsequent test which keeps reducing the size of the allocated cache
 * portion. A single test flushes the buffer, reads it to warm up the cache,
 * and reads the buffer again. The cache misses are measured during the last
 * read pass.
 *
 * Return: 0 when the test was run, < 0 on error.
 */
static int cat_test(const struct resctrl_test *test,
      const struct user_params *uparams,
      struct resctrl_val_param *param,
      size_t span, unsigned long current_mask)
{
 struct perf_event_read pe_read;
 struct perf_event_attr pea;
 cpu_set_t old_affinity;
 unsigned char *buf;
 char schemata[64];
 int ret, i, pe_fd;
 pid_t bm_pid;

 if (strcmp(param->filename, "") == 0)
  sprintf(param->filename, "stdio");

 bm_pid = getpid();

 /* Taskset benchmark to specified cpu */
 ret = taskset_benchmark(bm_pid, uparams->cpu, &old_affinity);
 if (ret)
  return ret;

 /* Write benchmark to specified con_mon grp, mon_grp in resctrl FS*/
 ret = write_bm_pid_to_resctrl(bm_pid, param->ctrlgrp, param->mongrp);
 if (ret)
  goto reset_affinity;

 perf_event_attr_initialize(&pea, PERF_COUNT_HW_CACHE_MISSES);
 perf_event_initialize_read_format(&pe_read);
 pe_fd = perf_open(&pea, bm_pid, uparams->cpu);
 if (pe_fd < 0) {
  ret = -1;
  goto reset_affinity;
 }

 buf = alloc_buffer(span, 1);
 if (!buf) {
  ret = -1;
  goto pe_close;
 }

 while (current_mask) {
  snprintf(schemata, sizeof(schemata), "%lx", param->mask & ~current_mask);
  ret = write_schemata("", schemata, uparams->cpu, test->resource);
  if (ret)
   goto free_buf;
  snprintf(schemata, sizeof(schemata), "%lx", current_mask);
  ret = write_schemata(param->ctrlgrp, schemata, uparams->cpu, test->resource);
  if (ret)
   goto free_buf;

  for (i = 0; i < NUM_OF_RUNS; i++) {
   mem_flush(buf, span);
   fill_cache_read(buf, span, true);

   ret = perf_event_reset_enable(pe_fd);
   if (ret)
    goto free_buf;

   fill_cache_read(buf, span, true);

   ret = perf_event_measure(pe_fd, &pe_read, param->filename, bm_pid);
   if (ret)
    goto free_buf;
  }
  current_mask = next_mask(current_mask);
 }

free_buf:
 free(buf);
pe_close:
 close(pe_fd);
reset_affinity:
 taskset_restore(bm_pid, &old_affinity);

 return ret;
}

static int cat_run_test(const struct resctrl_test *test, const struct user_params *uparams)
{
 unsigned long long_mask, start_mask, full_cache_mask;
 unsigned long cache_total_size = 0;
 int n = uparams->bits;
 unsigned int start;
 int count_of_bits;
 size_t span;
 int ret;

 ret = get_full_cbm(test->resource, &full_cache_mask);
 if (ret)
  return ret;
 /* Get the largest contiguous exclusive portion of the cache */
 ret = get_mask_no_shareable(test->resource, &long_mask);
 if (ret)
  return ret;

 /* Get L3/L2 cache size */
 ret = get_cache_size(uparams->cpu, test->resource, &cache_total_size);
 if (ret)
  return ret;
 ksft_print_msg("Cache size :%lu\n", cache_total_size);

 count_of_bits = count_contiguous_bits(long_mask, &start);

 if (!n)
  n = count_of_bits / 2;

 if (n > count_of_bits - 1) {
  ksft_print_msg("Invalid input value for no_of_bits n!\n");
  ksft_print_msg("Please enter value in range 1 to %d\n",
          count_of_bits - 1);
  return -1;
 }
 start_mask = create_bit_mask(start, n);

 struct resctrl_val_param param = {
  .ctrlgrp = "c1",
  .filename = RESULT_FILE_NAME,
  .num_of_runs = 0,
 };
 param.mask = long_mask;
 span = cache_portion_size(cache_total_size, start_mask, full_cache_mask);

 remove(param.filename);

 ret = cat_test(test, uparams, ¶m, span, start_mask);
 if (ret)
  return ret;

 ret = check_results(¶m, test->resource,
       cache_total_size, full_cache_mask, start_mask);
 return ret;
}

static bool arch_supports_noncont_cat(const struct resctrl_test *test)
{
 /* AMD always supports non-contiguous CBM. */
 if (get_vendor() == ARCH_AMD)
  return true;

#if defined(__i386__) || defined(__x86_64__) /* arch */
 unsigned int eax, ebx, ecx, edx;
 /* Intel support for non-contiguous CBM needs to be discovered. */
 if (!strcmp(test->resource, "L3"))
  __cpuid_count(0x10, 1, eax, ebx, ecx, edx);
 else if (!strcmp(test->resource, "L2"))
  __cpuid_count(0x10, 2, eax, ebx, ecx, edx);
 else
  return false;

 return ((ecx >> 3) & 1);
#endif /* end arch */

 return false;
}

static int noncont_cat_run_test(const struct resctrl_test *test,
    const struct user_params *uparams)
{
 unsigned long full_cache_mask, cont_mask, noncont_mask;
 unsigned int sparse_masks;
 int bit_center, ret;
 char schemata[64];

 /* Check to compare sparse_masks content to CPUID output. */
 ret = resource_info_unsigned_get(test->resource, "sparse_masks", &sparse_masks);
 if (ret)
  return ret;

 if (arch_supports_noncont_cat(test) != sparse_masks) {
  ksft_print_msg("Hardware and kernel differ on non-contiguous CBM support!\n");
  return 1;
 }

 /* Write checks initialization. */
 ret = get_full_cbm(test->resource, &full_cache_mask);
 if (ret < 0)
  return ret;
 bit_center = count_bits(full_cache_mask) / 2;

 /*
 * The bit_center needs to be at least 3 to properly calculate the CBM
 * hole in the noncont_mask. If it's smaller return an error since the
 * cache mask is too short and that shouldn't happen.
 */
 if (bit_center < 3)
  return -EINVAL;
 cont_mask = full_cache_mask >> bit_center;

 /* Contiguous mask write check. */
 snprintf(schemata, sizeof(schemata), "%lx", cont_mask);
 ret = write_schemata("", schemata, uparams->cpu, test->resource);
 if (ret) {
  ksft_print_msg("Write of contiguous CBM failed\n");
  return 1;
 }

 /*
 * Non-contiguous mask write check. CBM has a 0xf hole approximately in the middle.
 * Output is compared with support information to catch any edge case errors.
 */
 noncont_mask = ~(0xfUL << (bit_center - 2)) & full_cache_mask;
 snprintf(schemata, sizeof(schemata), "%lx", noncont_mask);
 ret = write_schemata("", schemata, uparams->cpu, test->resource);
 if (ret && sparse_masks)
  ksft_print_msg("Non-contiguous CBMs supported but write of non-contiguous CBM failed\n");
 else if (ret && !sparse_masks)
  ksft_print_msg("Non-contiguous CBMs not supported and write of non-contiguous CBM failed as expected\n");
 else if (!ret && !sparse_masks)
  ksft_print_msg("Non-contiguous CBMs not supported but write of non-contiguous CBM succeeded\n");

 return !ret == !sparse_masks;
}

static bool noncont_cat_feature_check(const struct resctrl_test *test)
{
 if (!resctrl_resource_exists(test->resource))
  return false;

 return resource_info_file_exists(test->resource, "sparse_masks");
}

struct resctrl_test l3_cat_test = {
 .name = "L3_CAT",
 .group = "CAT",
 .resource = "L3",
 .feature_check = test_resource_feature_check,
 .run_test = cat_run_test,
 .cleanup = cat_test_cleanup,
};

struct resctrl_test l3_noncont_cat_test = {
 .name = "L3_NONCONT_CAT",
 .group = "CAT",
 .resource = "L3",
 .feature_check = noncont_cat_feature_check,
 .run_test = noncont_cat_run_test,
};

struct resctrl_test l2_noncont_cat_test = {
 .name = "L2_NONCONT_CAT",
 .group = "CAT",
 .resource = "L2",
 .feature_check = noncont_cat_feature_check,
 .run_test = noncont_cat_run_test,
};