xref: /openbmc/qemu/contrib/plugins/cache.c (revision 40c4a5533f2d6f268947acdb3e506d81a53ebe66)
1e2c5557cSMahmoud Mandour /*
2e2c5557cSMahmoud Mandour  * Copyright (C) 2021, Mahmoud Mandour <ma.mandourr@gmail.com>
3e2c5557cSMahmoud Mandour  *
4e2c5557cSMahmoud Mandour  * License: GNU GPL, version 2 or later.
5e2c5557cSMahmoud Mandour  *   See the COPYING file in the top-level directory.
6e2c5557cSMahmoud Mandour  */
7e2c5557cSMahmoud Mandour 
8e2c5557cSMahmoud Mandour #include <inttypes.h>
9e2c5557cSMahmoud Mandour #include <stdio.h>
10e2c5557cSMahmoud Mandour #include <glib.h>
11e2c5557cSMahmoud Mandour 
12e2c5557cSMahmoud Mandour #include <qemu-plugin.h>
13e2c5557cSMahmoud Mandour 
14e2c5557cSMahmoud Mandour QEMU_PLUGIN_EXPORT int qemu_plugin_version = QEMU_PLUGIN_VERSION;
15e2c5557cSMahmoud Mandour 
16e2c5557cSMahmoud Mandour static enum qemu_plugin_mem_rw rw = QEMU_PLUGIN_MEM_RW;
17e2c5557cSMahmoud Mandour 
18e2c5557cSMahmoud Mandour static GHashTable *miss_ht;
19e2c5557cSMahmoud Mandour 
20e2c5557cSMahmoud Mandour static GMutex mtx;
21e2c5557cSMahmoud Mandour static GRand *rng;
22e2c5557cSMahmoud Mandour 
23e2c5557cSMahmoud Mandour static int limit;
24e2c5557cSMahmoud Mandour static bool sys;
25e2c5557cSMahmoud Mandour 
26e2c5557cSMahmoud Mandour static uint64_t dmem_accesses;
27e2c5557cSMahmoud Mandour static uint64_t dmisses;
28e2c5557cSMahmoud Mandour 
29e2c5557cSMahmoud Mandour static uint64_t imem_accesses;
30e2c5557cSMahmoud Mandour static uint64_t imisses;
31e2c5557cSMahmoud Mandour 
32*40c4a553SMahmoud Mandour enum EvictionPolicy {
33*40c4a553SMahmoud Mandour     LRU,
34*40c4a553SMahmoud Mandour     FIFO,
35*40c4a553SMahmoud Mandour     RAND,
36*40c4a553SMahmoud Mandour };
37*40c4a553SMahmoud Mandour 
38*40c4a553SMahmoud Mandour enum EvictionPolicy policy;
39*40c4a553SMahmoud Mandour 
40e2c5557cSMahmoud Mandour /*
41e2c5557cSMahmoud Mandour  * A CacheSet is a set of cache blocks. A memory block that maps to a set can be
42e2c5557cSMahmoud Mandour  * put in any of the blocks inside the set. The number of block per set is
43e2c5557cSMahmoud Mandour  * called the associativity (assoc).
44e2c5557cSMahmoud Mandour  *
45e2c5557cSMahmoud Mandour  * Each block contains the the stored tag and a valid bit. Since this is not
46e2c5557cSMahmoud Mandour  * a functional simulator, the data itself is not stored. We only identify
47e2c5557cSMahmoud Mandour  * whether a block is in the cache or not by searching for its tag.
48e2c5557cSMahmoud Mandour  *
49e2c5557cSMahmoud Mandour  * In order to search for memory data in the cache, the set identifier and tag
50e2c5557cSMahmoud Mandour  * are extracted from the address and the set is probed to see whether a tag
51e2c5557cSMahmoud Mandour  * match occur.
52e2c5557cSMahmoud Mandour  *
53e2c5557cSMahmoud Mandour  * An address is logically divided into three portions: The block offset,
54e2c5557cSMahmoud Mandour  * the set number, and the tag.
55e2c5557cSMahmoud Mandour  *
56e2c5557cSMahmoud Mandour  * The set number is used to identify the set in which the block may exist.
57e2c5557cSMahmoud Mandour  * The tag is compared against all the tags of a set to search for a match. If a
58e2c5557cSMahmoud Mandour  * match is found, then the access is a hit.
59*40c4a553SMahmoud Mandour  *
60*40c4a553SMahmoud Mandour  * The CacheSet also contains bookkeaping information about eviction details.
61e2c5557cSMahmoud Mandour  */
62e2c5557cSMahmoud Mandour 
63e2c5557cSMahmoud Mandour typedef struct {
64e2c5557cSMahmoud Mandour     uint64_t tag;
65e2c5557cSMahmoud Mandour     bool valid;
66e2c5557cSMahmoud Mandour } CacheBlock;
67e2c5557cSMahmoud Mandour 
68e2c5557cSMahmoud Mandour typedef struct {
69e2c5557cSMahmoud Mandour     CacheBlock *blocks;
70*40c4a553SMahmoud Mandour     uint64_t *lru_priorities;
71*40c4a553SMahmoud Mandour     uint64_t lru_gen_counter;
72*40c4a553SMahmoud Mandour     GQueue *fifo_queue;
73e2c5557cSMahmoud Mandour } CacheSet;
74e2c5557cSMahmoud Mandour 
75e2c5557cSMahmoud Mandour typedef struct {
76e2c5557cSMahmoud Mandour     CacheSet *sets;
77e2c5557cSMahmoud Mandour     int num_sets;
78e2c5557cSMahmoud Mandour     int cachesize;
79e2c5557cSMahmoud Mandour     int assoc;
80e2c5557cSMahmoud Mandour     int blksize_shift;
81e2c5557cSMahmoud Mandour     uint64_t set_mask;
82e2c5557cSMahmoud Mandour     uint64_t tag_mask;
83e2c5557cSMahmoud Mandour } Cache;
84e2c5557cSMahmoud Mandour 
85e2c5557cSMahmoud Mandour typedef struct {
86e2c5557cSMahmoud Mandour     char *disas_str;
87e2c5557cSMahmoud Mandour     const char *symbol;
88e2c5557cSMahmoud Mandour     uint64_t addr;
89e2c5557cSMahmoud Mandour     uint64_t dmisses;
90e2c5557cSMahmoud Mandour     uint64_t imisses;
91e2c5557cSMahmoud Mandour } InsnData;
92e2c5557cSMahmoud Mandour 
93*40c4a553SMahmoud Mandour void (*update_hit)(Cache *cache, int set, int blk);
94*40c4a553SMahmoud Mandour void (*update_miss)(Cache *cache, int set, int blk);
95*40c4a553SMahmoud Mandour 
96*40c4a553SMahmoud Mandour void (*metadata_init)(Cache *cache);
97*40c4a553SMahmoud Mandour void (*metadata_destroy)(Cache *cache);
98*40c4a553SMahmoud Mandour 
99e2c5557cSMahmoud Mandour Cache *dcache, *icache;
100e2c5557cSMahmoud Mandour 
101e2c5557cSMahmoud Mandour static int pow_of_two(int num)
102e2c5557cSMahmoud Mandour {
103e2c5557cSMahmoud Mandour     g_assert((num & (num - 1)) == 0);
104e2c5557cSMahmoud Mandour     int ret = 0;
105e2c5557cSMahmoud Mandour     while (num /= 2) {
106e2c5557cSMahmoud Mandour         ret++;
107e2c5557cSMahmoud Mandour     }
108e2c5557cSMahmoud Mandour     return ret;
109e2c5557cSMahmoud Mandour }
110e2c5557cSMahmoud Mandour 
111*40c4a553SMahmoud Mandour /*
112*40c4a553SMahmoud Mandour  * LRU evection policy: For each set, a generation counter is maintained
113*40c4a553SMahmoud Mandour  * alongside a priority array.
114*40c4a553SMahmoud Mandour  *
115*40c4a553SMahmoud Mandour  * On each set access, the generation counter is incremented.
116*40c4a553SMahmoud Mandour  *
117*40c4a553SMahmoud Mandour  * On a cache hit: The hit-block is assigned the current generation counter,
118*40c4a553SMahmoud Mandour  * indicating that it is the most recently used block.
119*40c4a553SMahmoud Mandour  *
120*40c4a553SMahmoud Mandour  * On a cache miss: The block with the least priority is searched and replaced
121*40c4a553SMahmoud Mandour  * with the newly-cached block, of which the priority is set to the current
122*40c4a553SMahmoud Mandour  * generation number.
123*40c4a553SMahmoud Mandour  */
124*40c4a553SMahmoud Mandour 
125*40c4a553SMahmoud Mandour static void lru_priorities_init(Cache *cache)
126*40c4a553SMahmoud Mandour {
127*40c4a553SMahmoud Mandour     int i;
128*40c4a553SMahmoud Mandour 
129*40c4a553SMahmoud Mandour     for (i = 0; i < cache->num_sets; i++) {
130*40c4a553SMahmoud Mandour         cache->sets[i].lru_priorities = g_new0(uint64_t, cache->assoc);
131*40c4a553SMahmoud Mandour         cache->sets[i].lru_gen_counter = 0;
132*40c4a553SMahmoud Mandour     }
133*40c4a553SMahmoud Mandour }
134*40c4a553SMahmoud Mandour 
135*40c4a553SMahmoud Mandour static void lru_update_blk(Cache *cache, int set_idx, int blk_idx)
136*40c4a553SMahmoud Mandour {
137*40c4a553SMahmoud Mandour     CacheSet *set = &cache->sets[set_idx];
138*40c4a553SMahmoud Mandour     set->lru_priorities[blk_idx] = cache->sets[set_idx].lru_gen_counter;
139*40c4a553SMahmoud Mandour     set->lru_gen_counter++;
140*40c4a553SMahmoud Mandour }
141*40c4a553SMahmoud Mandour 
142*40c4a553SMahmoud Mandour static int lru_get_lru_block(Cache *cache, int set_idx)
143*40c4a553SMahmoud Mandour {
144*40c4a553SMahmoud Mandour     int i, min_idx, min_priority;
145*40c4a553SMahmoud Mandour 
146*40c4a553SMahmoud Mandour     min_priority = cache->sets[set_idx].lru_priorities[0];
147*40c4a553SMahmoud Mandour     min_idx = 0;
148*40c4a553SMahmoud Mandour 
149*40c4a553SMahmoud Mandour     for (i = 1; i < cache->assoc; i++) {
150*40c4a553SMahmoud Mandour         if (cache->sets[set_idx].lru_priorities[i] < min_priority) {
151*40c4a553SMahmoud Mandour             min_priority = cache->sets[set_idx].lru_priorities[i];
152*40c4a553SMahmoud Mandour             min_idx = i;
153*40c4a553SMahmoud Mandour         }
154*40c4a553SMahmoud Mandour     }
155*40c4a553SMahmoud Mandour     return min_idx;
156*40c4a553SMahmoud Mandour }
157*40c4a553SMahmoud Mandour 
158*40c4a553SMahmoud Mandour static void lru_priorities_destroy(Cache *cache)
159*40c4a553SMahmoud Mandour {
160*40c4a553SMahmoud Mandour     int i;
161*40c4a553SMahmoud Mandour 
162*40c4a553SMahmoud Mandour     for (i = 0; i < cache->num_sets; i++) {
163*40c4a553SMahmoud Mandour         g_free(cache->sets[i].lru_priorities);
164*40c4a553SMahmoud Mandour     }
165*40c4a553SMahmoud Mandour }
166*40c4a553SMahmoud Mandour 
167*40c4a553SMahmoud Mandour /*
168*40c4a553SMahmoud Mandour  * FIFO eviction policy: a FIFO queue is maintained for each CacheSet that
169*40c4a553SMahmoud Mandour  * stores accesses to the cache.
170*40c4a553SMahmoud Mandour  *
171*40c4a553SMahmoud Mandour  * On a compulsory miss: The block index is enqueued to the fifo_queue to
172*40c4a553SMahmoud Mandour  * indicate that it's the latest cached block.
173*40c4a553SMahmoud Mandour  *
174*40c4a553SMahmoud Mandour  * On a conflict miss: The first-in block is removed from the cache and the new
175*40c4a553SMahmoud Mandour  * block is put in its place and enqueued to the FIFO queue.
176*40c4a553SMahmoud Mandour  */
177*40c4a553SMahmoud Mandour 
178*40c4a553SMahmoud Mandour static void fifo_init(Cache *cache)
179*40c4a553SMahmoud Mandour {
180*40c4a553SMahmoud Mandour     int i;
181*40c4a553SMahmoud Mandour 
182*40c4a553SMahmoud Mandour     for (i = 0; i < cache->num_sets; i++) {
183*40c4a553SMahmoud Mandour         cache->sets[i].fifo_queue = g_queue_new();
184*40c4a553SMahmoud Mandour     }
185*40c4a553SMahmoud Mandour }
186*40c4a553SMahmoud Mandour 
187*40c4a553SMahmoud Mandour static int fifo_get_first_block(Cache *cache, int set)
188*40c4a553SMahmoud Mandour {
189*40c4a553SMahmoud Mandour     GQueue *q = cache->sets[set].fifo_queue;
190*40c4a553SMahmoud Mandour     return GPOINTER_TO_INT(g_queue_pop_tail(q));
191*40c4a553SMahmoud Mandour }
192*40c4a553SMahmoud Mandour 
193*40c4a553SMahmoud Mandour static void fifo_update_on_miss(Cache *cache, int set, int blk_idx)
194*40c4a553SMahmoud Mandour {
195*40c4a553SMahmoud Mandour     GQueue *q = cache->sets[set].fifo_queue;
196*40c4a553SMahmoud Mandour     g_queue_push_head(q, GINT_TO_POINTER(blk_idx));
197*40c4a553SMahmoud Mandour }
198*40c4a553SMahmoud Mandour 
199*40c4a553SMahmoud Mandour static void fifo_destroy(Cache *cache)
200*40c4a553SMahmoud Mandour {
201*40c4a553SMahmoud Mandour     int i;
202*40c4a553SMahmoud Mandour 
203*40c4a553SMahmoud Mandour     for (i = 0; i < cache->assoc; i++) {
204*40c4a553SMahmoud Mandour         g_queue_free(cache->sets[i].fifo_queue);
205*40c4a553SMahmoud Mandour     }
206*40c4a553SMahmoud Mandour }
207*40c4a553SMahmoud Mandour 
208e2c5557cSMahmoud Mandour static inline uint64_t extract_tag(Cache *cache, uint64_t addr)
209e2c5557cSMahmoud Mandour {
210e2c5557cSMahmoud Mandour     return addr & cache->tag_mask;
211e2c5557cSMahmoud Mandour }
212e2c5557cSMahmoud Mandour 
213e2c5557cSMahmoud Mandour static inline uint64_t extract_set(Cache *cache, uint64_t addr)
214e2c5557cSMahmoud Mandour {
215e2c5557cSMahmoud Mandour     return (addr & cache->set_mask) >> cache->blksize_shift;
216e2c5557cSMahmoud Mandour }
217e2c5557cSMahmoud Mandour 
21886ae3a1dSMahmoud Mandour static const char *cache_config_error(int blksize, int assoc, int cachesize)
21986ae3a1dSMahmoud Mandour {
22086ae3a1dSMahmoud Mandour     if (cachesize % blksize != 0) {
22186ae3a1dSMahmoud Mandour         return "cache size must be divisible by block size";
22286ae3a1dSMahmoud Mandour     } else if (cachesize % (blksize * assoc) != 0) {
22386ae3a1dSMahmoud Mandour         return "cache size must be divisible by set size (assoc * block size)";
22486ae3a1dSMahmoud Mandour     } else {
22586ae3a1dSMahmoud Mandour         return NULL;
22686ae3a1dSMahmoud Mandour     }
22786ae3a1dSMahmoud Mandour }
22886ae3a1dSMahmoud Mandour 
22986ae3a1dSMahmoud Mandour static bool bad_cache_params(int blksize, int assoc, int cachesize)
23086ae3a1dSMahmoud Mandour {
23186ae3a1dSMahmoud Mandour     return (cachesize % blksize) != 0 || (cachesize % (blksize * assoc) != 0);
23286ae3a1dSMahmoud Mandour }
23386ae3a1dSMahmoud Mandour 
234e2c5557cSMahmoud Mandour static Cache *cache_init(int blksize, int assoc, int cachesize)
235e2c5557cSMahmoud Mandour {
23686ae3a1dSMahmoud Mandour     if (bad_cache_params(blksize, assoc, cachesize)) {
23786ae3a1dSMahmoud Mandour         return NULL;
23886ae3a1dSMahmoud Mandour     }
23986ae3a1dSMahmoud Mandour 
240e2c5557cSMahmoud Mandour     Cache *cache;
241e2c5557cSMahmoud Mandour     int i;
242e2c5557cSMahmoud Mandour     uint64_t blk_mask;
243e2c5557cSMahmoud Mandour 
244e2c5557cSMahmoud Mandour     cache = g_new(Cache, 1);
245e2c5557cSMahmoud Mandour     cache->assoc = assoc;
246e2c5557cSMahmoud Mandour     cache->cachesize = cachesize;
247e2c5557cSMahmoud Mandour     cache->num_sets = cachesize / (blksize * assoc);
248e2c5557cSMahmoud Mandour     cache->sets = g_new(CacheSet, cache->num_sets);
249e2c5557cSMahmoud Mandour     cache->blksize_shift = pow_of_two(blksize);
250e2c5557cSMahmoud Mandour 
251e2c5557cSMahmoud Mandour     for (i = 0; i < cache->num_sets; i++) {
252e2c5557cSMahmoud Mandour         cache->sets[i].blocks = g_new0(CacheBlock, assoc);
253e2c5557cSMahmoud Mandour     }
254e2c5557cSMahmoud Mandour 
255e2c5557cSMahmoud Mandour     blk_mask = blksize - 1;
256e2c5557cSMahmoud Mandour     cache->set_mask = ((cache->num_sets - 1) << cache->blksize_shift);
257e2c5557cSMahmoud Mandour     cache->tag_mask = ~(cache->set_mask | blk_mask);
258*40c4a553SMahmoud Mandour 
259*40c4a553SMahmoud Mandour     if (metadata_init) {
260*40c4a553SMahmoud Mandour         metadata_init(cache);
261*40c4a553SMahmoud Mandour     }
262*40c4a553SMahmoud Mandour 
263e2c5557cSMahmoud Mandour     return cache;
264e2c5557cSMahmoud Mandour }
265e2c5557cSMahmoud Mandour 
266e2c5557cSMahmoud Mandour static int get_invalid_block(Cache *cache, uint64_t set)
267e2c5557cSMahmoud Mandour {
268e2c5557cSMahmoud Mandour     int i;
269e2c5557cSMahmoud Mandour 
270e2c5557cSMahmoud Mandour     for (i = 0; i < cache->assoc; i++) {
271e2c5557cSMahmoud Mandour         if (!cache->sets[set].blocks[i].valid) {
272e2c5557cSMahmoud Mandour             return i;
273e2c5557cSMahmoud Mandour         }
274e2c5557cSMahmoud Mandour     }
275e2c5557cSMahmoud Mandour 
276e2c5557cSMahmoud Mandour     return -1;
277e2c5557cSMahmoud Mandour }
278e2c5557cSMahmoud Mandour 
279*40c4a553SMahmoud Mandour static int get_replaced_block(Cache *cache, int set)
280e2c5557cSMahmoud Mandour {
281*40c4a553SMahmoud Mandour     switch (policy) {
282*40c4a553SMahmoud Mandour     case RAND:
283e2c5557cSMahmoud Mandour         return g_rand_int_range(rng, 0, cache->assoc);
284*40c4a553SMahmoud Mandour     case LRU:
285*40c4a553SMahmoud Mandour         return lru_get_lru_block(cache, set);
286*40c4a553SMahmoud Mandour     case FIFO:
287*40c4a553SMahmoud Mandour         return fifo_get_first_block(cache, set);
288*40c4a553SMahmoud Mandour     default:
289*40c4a553SMahmoud Mandour         g_assert_not_reached();
290*40c4a553SMahmoud Mandour     }
291e2c5557cSMahmoud Mandour }
292e2c5557cSMahmoud Mandour 
293*40c4a553SMahmoud Mandour static int in_cache(Cache *cache, uint64_t addr)
294e2c5557cSMahmoud Mandour {
295e2c5557cSMahmoud Mandour     int i;
296e2c5557cSMahmoud Mandour     uint64_t tag, set;
297e2c5557cSMahmoud Mandour 
298e2c5557cSMahmoud Mandour     tag = extract_tag(cache, addr);
299e2c5557cSMahmoud Mandour     set = extract_set(cache, addr);
300e2c5557cSMahmoud Mandour 
301e2c5557cSMahmoud Mandour     for (i = 0; i < cache->assoc; i++) {
302e2c5557cSMahmoud Mandour         if (cache->sets[set].blocks[i].tag == tag &&
303e2c5557cSMahmoud Mandour                 cache->sets[set].blocks[i].valid) {
304*40c4a553SMahmoud Mandour             return i;
305e2c5557cSMahmoud Mandour         }
306e2c5557cSMahmoud Mandour     }
307e2c5557cSMahmoud Mandour 
308*40c4a553SMahmoud Mandour     return -1;
309e2c5557cSMahmoud Mandour }
310e2c5557cSMahmoud Mandour 
311e2c5557cSMahmoud Mandour /**
312e2c5557cSMahmoud Mandour  * access_cache(): Simulate a cache access
313e2c5557cSMahmoud Mandour  * @cache: The cache under simulation
314e2c5557cSMahmoud Mandour  * @addr: The address of the requested memory location
315e2c5557cSMahmoud Mandour  *
316e2c5557cSMahmoud Mandour  * Returns true if the requsted data is hit in the cache and false when missed.
317e2c5557cSMahmoud Mandour  * The cache is updated on miss for the next access.
318e2c5557cSMahmoud Mandour  */
319e2c5557cSMahmoud Mandour static bool access_cache(Cache *cache, uint64_t addr)
320e2c5557cSMahmoud Mandour {
321*40c4a553SMahmoud Mandour     int hit_blk, replaced_blk;
322e2c5557cSMahmoud Mandour     uint64_t tag, set;
323e2c5557cSMahmoud Mandour 
324e2c5557cSMahmoud Mandour     tag = extract_tag(cache, addr);
325e2c5557cSMahmoud Mandour     set = extract_set(cache, addr);
326e2c5557cSMahmoud Mandour 
327*40c4a553SMahmoud Mandour     hit_blk = in_cache(cache, addr);
328*40c4a553SMahmoud Mandour     if (hit_blk != -1) {
329*40c4a553SMahmoud Mandour         if (update_hit) {
330*40c4a553SMahmoud Mandour             update_hit(cache, set, hit_blk);
331*40c4a553SMahmoud Mandour         }
332*40c4a553SMahmoud Mandour         return true;
333*40c4a553SMahmoud Mandour     }
334*40c4a553SMahmoud Mandour 
335e2c5557cSMahmoud Mandour     replaced_blk = get_invalid_block(cache, set);
336e2c5557cSMahmoud Mandour 
337e2c5557cSMahmoud Mandour     if (replaced_blk == -1) {
338*40c4a553SMahmoud Mandour         replaced_blk = get_replaced_block(cache, set);
339*40c4a553SMahmoud Mandour     }
340*40c4a553SMahmoud Mandour 
341*40c4a553SMahmoud Mandour     if (update_miss) {
342*40c4a553SMahmoud Mandour         update_miss(cache, set, replaced_blk);
343e2c5557cSMahmoud Mandour     }
344e2c5557cSMahmoud Mandour 
345e2c5557cSMahmoud Mandour     cache->sets[set].blocks[replaced_blk].tag = tag;
346e2c5557cSMahmoud Mandour     cache->sets[set].blocks[replaced_blk].valid = true;
347e2c5557cSMahmoud Mandour 
348e2c5557cSMahmoud Mandour     return false;
349e2c5557cSMahmoud Mandour }
350e2c5557cSMahmoud Mandour 
351e2c5557cSMahmoud Mandour static void vcpu_mem_access(unsigned int vcpu_index, qemu_plugin_meminfo_t info,
352e2c5557cSMahmoud Mandour                             uint64_t vaddr, void *userdata)
353e2c5557cSMahmoud Mandour {
354e2c5557cSMahmoud Mandour     uint64_t effective_addr;
355e2c5557cSMahmoud Mandour     struct qemu_plugin_hwaddr *hwaddr;
356e2c5557cSMahmoud Mandour     InsnData *insn;
357e2c5557cSMahmoud Mandour 
358e2c5557cSMahmoud Mandour     g_mutex_lock(&mtx);
359e2c5557cSMahmoud Mandour     hwaddr = qemu_plugin_get_hwaddr(info, vaddr);
360e2c5557cSMahmoud Mandour     if (hwaddr && qemu_plugin_hwaddr_is_io(hwaddr)) {
361e2c5557cSMahmoud Mandour         g_mutex_unlock(&mtx);
362e2c5557cSMahmoud Mandour         return;
363e2c5557cSMahmoud Mandour     }
364e2c5557cSMahmoud Mandour 
365e2c5557cSMahmoud Mandour     effective_addr = hwaddr ? qemu_plugin_hwaddr_phys_addr(hwaddr) : vaddr;
366e2c5557cSMahmoud Mandour 
367e2c5557cSMahmoud Mandour     if (!access_cache(dcache, effective_addr)) {
368e2c5557cSMahmoud Mandour         insn = (InsnData *) userdata;
369e2c5557cSMahmoud Mandour         insn->dmisses++;
370e2c5557cSMahmoud Mandour         dmisses++;
371e2c5557cSMahmoud Mandour     }
372e2c5557cSMahmoud Mandour     dmem_accesses++;
373e2c5557cSMahmoud Mandour     g_mutex_unlock(&mtx);
374e2c5557cSMahmoud Mandour }
375e2c5557cSMahmoud Mandour 
376e2c5557cSMahmoud Mandour static void vcpu_insn_exec(unsigned int vcpu_index, void *userdata)
377e2c5557cSMahmoud Mandour {
378e2c5557cSMahmoud Mandour     uint64_t insn_addr;
379e2c5557cSMahmoud Mandour     InsnData *insn;
380e2c5557cSMahmoud Mandour 
381e2c5557cSMahmoud Mandour     g_mutex_lock(&mtx);
382e2c5557cSMahmoud Mandour     insn_addr = ((InsnData *) userdata)->addr;
383e2c5557cSMahmoud Mandour 
384e2c5557cSMahmoud Mandour     if (!access_cache(icache, insn_addr)) {
385e2c5557cSMahmoud Mandour         insn = (InsnData *) userdata;
386e2c5557cSMahmoud Mandour         insn->imisses++;
387e2c5557cSMahmoud Mandour         imisses++;
388e2c5557cSMahmoud Mandour     }
389e2c5557cSMahmoud Mandour     imem_accesses++;
390e2c5557cSMahmoud Mandour     g_mutex_unlock(&mtx);
391e2c5557cSMahmoud Mandour }
392e2c5557cSMahmoud Mandour 
393e2c5557cSMahmoud Mandour static void vcpu_tb_trans(qemu_plugin_id_t id, struct qemu_plugin_tb *tb)
394e2c5557cSMahmoud Mandour {
395e2c5557cSMahmoud Mandour     size_t n_insns;
396e2c5557cSMahmoud Mandour     size_t i;
397e2c5557cSMahmoud Mandour     InsnData *data;
398e2c5557cSMahmoud Mandour 
399e2c5557cSMahmoud Mandour     n_insns = qemu_plugin_tb_n_insns(tb);
400e2c5557cSMahmoud Mandour     for (i = 0; i < n_insns; i++) {
401e2c5557cSMahmoud Mandour         struct qemu_plugin_insn *insn = qemu_plugin_tb_get_insn(tb, i);
402e2c5557cSMahmoud Mandour         uint64_t effective_addr;
403e2c5557cSMahmoud Mandour 
404e2c5557cSMahmoud Mandour         if (sys) {
405e2c5557cSMahmoud Mandour             effective_addr = (uint64_t) qemu_plugin_insn_haddr(insn);
406e2c5557cSMahmoud Mandour         } else {
407e2c5557cSMahmoud Mandour             effective_addr = (uint64_t) qemu_plugin_insn_vaddr(insn);
408e2c5557cSMahmoud Mandour         }
409e2c5557cSMahmoud Mandour 
410e2c5557cSMahmoud Mandour         /*
411e2c5557cSMahmoud Mandour          * Instructions might get translated multiple times, we do not create
412e2c5557cSMahmoud Mandour          * new entries for those instructions. Instead, we fetch the same
413e2c5557cSMahmoud Mandour          * entry from the hash table and register it for the callback again.
414e2c5557cSMahmoud Mandour          */
415e2c5557cSMahmoud Mandour         g_mutex_lock(&mtx);
416e2c5557cSMahmoud Mandour         data = g_hash_table_lookup(miss_ht, GUINT_TO_POINTER(effective_addr));
417e2c5557cSMahmoud Mandour         if (data == NULL) {
418e2c5557cSMahmoud Mandour             data = g_new0(InsnData, 1);
419e2c5557cSMahmoud Mandour             data->disas_str = qemu_plugin_insn_disas(insn);
420e2c5557cSMahmoud Mandour             data->symbol = qemu_plugin_insn_symbol(insn);
421e2c5557cSMahmoud Mandour             data->addr = effective_addr;
422e2c5557cSMahmoud Mandour             g_hash_table_insert(miss_ht, GUINT_TO_POINTER(effective_addr),
423e2c5557cSMahmoud Mandour                                (gpointer) data);
424e2c5557cSMahmoud Mandour         }
425e2c5557cSMahmoud Mandour         g_mutex_unlock(&mtx);
426e2c5557cSMahmoud Mandour 
427e2c5557cSMahmoud Mandour         qemu_plugin_register_vcpu_mem_cb(insn, vcpu_mem_access,
428e2c5557cSMahmoud Mandour                                          QEMU_PLUGIN_CB_NO_REGS,
429e2c5557cSMahmoud Mandour                                          rw, data);
430e2c5557cSMahmoud Mandour 
431e2c5557cSMahmoud Mandour         qemu_plugin_register_vcpu_insn_exec_cb(insn, vcpu_insn_exec,
432e2c5557cSMahmoud Mandour                                                QEMU_PLUGIN_CB_NO_REGS, data);
433e2c5557cSMahmoud Mandour     }
434e2c5557cSMahmoud Mandour }
435e2c5557cSMahmoud Mandour 
436e2c5557cSMahmoud Mandour static void insn_free(gpointer data)
437e2c5557cSMahmoud Mandour {
438e2c5557cSMahmoud Mandour     InsnData *insn = (InsnData *) data;
439e2c5557cSMahmoud Mandour     g_free(insn->disas_str);
440e2c5557cSMahmoud Mandour     g_free(insn);
441e2c5557cSMahmoud Mandour }
442e2c5557cSMahmoud Mandour 
443e2c5557cSMahmoud Mandour static void cache_free(Cache *cache)
444e2c5557cSMahmoud Mandour {
445e2c5557cSMahmoud Mandour     for (int i = 0; i < cache->num_sets; i++) {
446e2c5557cSMahmoud Mandour         g_free(cache->sets[i].blocks);
447e2c5557cSMahmoud Mandour     }
448e2c5557cSMahmoud Mandour 
449*40c4a553SMahmoud Mandour     if (metadata_destroy) {
450*40c4a553SMahmoud Mandour         metadata_destroy(cache);
451*40c4a553SMahmoud Mandour     }
452*40c4a553SMahmoud Mandour 
453e2c5557cSMahmoud Mandour     g_free(cache->sets);
454e2c5557cSMahmoud Mandour     g_free(cache);
455e2c5557cSMahmoud Mandour }
456e2c5557cSMahmoud Mandour 
457e2c5557cSMahmoud Mandour static int dcmp(gconstpointer a, gconstpointer b)
458e2c5557cSMahmoud Mandour {
459e2c5557cSMahmoud Mandour     InsnData *insn_a = (InsnData *) a;
460e2c5557cSMahmoud Mandour     InsnData *insn_b = (InsnData *) b;
461e2c5557cSMahmoud Mandour 
462e2c5557cSMahmoud Mandour     return insn_a->dmisses < insn_b->dmisses ? 1 : -1;
463e2c5557cSMahmoud Mandour }
464e2c5557cSMahmoud Mandour 
465e2c5557cSMahmoud Mandour static int icmp(gconstpointer a, gconstpointer b)
466e2c5557cSMahmoud Mandour {
467e2c5557cSMahmoud Mandour     InsnData *insn_a = (InsnData *) a;
468e2c5557cSMahmoud Mandour     InsnData *insn_b = (InsnData *) b;
469e2c5557cSMahmoud Mandour 
470e2c5557cSMahmoud Mandour     return insn_a->imisses < insn_b->imisses ? 1 : -1;
471e2c5557cSMahmoud Mandour }
472e2c5557cSMahmoud Mandour 
473e2c5557cSMahmoud Mandour static void log_stats()
474e2c5557cSMahmoud Mandour {
475e2c5557cSMahmoud Mandour     g_autoptr(GString) rep = g_string_new("");
476e2c5557cSMahmoud Mandour     g_string_append_printf(rep,
477e2c5557cSMahmoud Mandour         "Data accesses: %lu, Misses: %lu\nMiss rate: %lf%%\n\n",
478e2c5557cSMahmoud Mandour         dmem_accesses,
479e2c5557cSMahmoud Mandour         dmisses,
480e2c5557cSMahmoud Mandour         ((double) dmisses / (double) dmem_accesses) * 100.0);
481e2c5557cSMahmoud Mandour 
482e2c5557cSMahmoud Mandour     g_string_append_printf(rep,
483e2c5557cSMahmoud Mandour         "Instruction accesses: %lu, Misses: %lu\nMiss rate: %lf%%\n\n",
484e2c5557cSMahmoud Mandour         imem_accesses,
485e2c5557cSMahmoud Mandour         imisses,
486e2c5557cSMahmoud Mandour         ((double) imisses / (double) imem_accesses) * 100.0);
487e2c5557cSMahmoud Mandour 
488e2c5557cSMahmoud Mandour     qemu_plugin_outs(rep->str);
489e2c5557cSMahmoud Mandour }
490e2c5557cSMahmoud Mandour 
491e2c5557cSMahmoud Mandour static void log_top_insns()
492e2c5557cSMahmoud Mandour {
493e2c5557cSMahmoud Mandour     int i;
494e2c5557cSMahmoud Mandour     GList *curr, *miss_insns;
495e2c5557cSMahmoud Mandour     InsnData *insn;
496e2c5557cSMahmoud Mandour 
497e2c5557cSMahmoud Mandour     miss_insns = g_hash_table_get_values(miss_ht);
498e2c5557cSMahmoud Mandour     miss_insns = g_list_sort(miss_insns, dcmp);
499e2c5557cSMahmoud Mandour     g_autoptr(GString) rep = g_string_new("");
500e2c5557cSMahmoud Mandour     g_string_append_printf(rep, "%s", "address, data misses, instruction\n");
501e2c5557cSMahmoud Mandour 
502e2c5557cSMahmoud Mandour     for (curr = miss_insns, i = 0; curr && i < limit; i++, curr = curr->next) {
503e2c5557cSMahmoud Mandour         insn = (InsnData *) curr->data;
504e2c5557cSMahmoud Mandour         g_string_append_printf(rep, "0x%" PRIx64, insn->addr);
505e2c5557cSMahmoud Mandour         if (insn->symbol) {
506e2c5557cSMahmoud Mandour             g_string_append_printf(rep, " (%s)", insn->symbol);
507e2c5557cSMahmoud Mandour         }
508e2c5557cSMahmoud Mandour         g_string_append_printf(rep, ", %ld, %s\n", insn->dmisses,
509e2c5557cSMahmoud Mandour                                insn->disas_str);
510e2c5557cSMahmoud Mandour     }
511e2c5557cSMahmoud Mandour 
512e2c5557cSMahmoud Mandour     miss_insns = g_list_sort(miss_insns, icmp);
513e2c5557cSMahmoud Mandour     g_string_append_printf(rep, "%s", "\naddress, fetch misses, instruction\n");
514e2c5557cSMahmoud Mandour 
515e2c5557cSMahmoud Mandour     for (curr = miss_insns, i = 0; curr && i < limit; i++, curr = curr->next) {
516e2c5557cSMahmoud Mandour         insn = (InsnData *) curr->data;
517e2c5557cSMahmoud Mandour         g_string_append_printf(rep, "0x%" PRIx64, insn->addr);
518e2c5557cSMahmoud Mandour         if (insn->symbol) {
519e2c5557cSMahmoud Mandour             g_string_append_printf(rep, " (%s)", insn->symbol);
520e2c5557cSMahmoud Mandour         }
521e2c5557cSMahmoud Mandour         g_string_append_printf(rep, ", %ld, %s\n", insn->imisses,
522e2c5557cSMahmoud Mandour                                insn->disas_str);
523e2c5557cSMahmoud Mandour     }
524e2c5557cSMahmoud Mandour 
525e2c5557cSMahmoud Mandour     qemu_plugin_outs(rep->str);
526e2c5557cSMahmoud Mandour     g_list_free(miss_insns);
527e2c5557cSMahmoud Mandour }
528e2c5557cSMahmoud Mandour 
529e2c5557cSMahmoud Mandour static void plugin_exit(qemu_plugin_id_t id, void *p)
530e2c5557cSMahmoud Mandour {
531e2c5557cSMahmoud Mandour     log_stats();
532e2c5557cSMahmoud Mandour     log_top_insns();
533e2c5557cSMahmoud Mandour 
534e2c5557cSMahmoud Mandour     cache_free(dcache);
535e2c5557cSMahmoud Mandour     cache_free(icache);
536e2c5557cSMahmoud Mandour 
537e2c5557cSMahmoud Mandour     g_hash_table_destroy(miss_ht);
538e2c5557cSMahmoud Mandour }
539e2c5557cSMahmoud Mandour 
540*40c4a553SMahmoud Mandour static void policy_init()
541*40c4a553SMahmoud Mandour {
542*40c4a553SMahmoud Mandour     switch (policy) {
543*40c4a553SMahmoud Mandour     case LRU:
544*40c4a553SMahmoud Mandour         update_hit = lru_update_blk;
545*40c4a553SMahmoud Mandour         update_miss = lru_update_blk;
546*40c4a553SMahmoud Mandour         metadata_init = lru_priorities_init;
547*40c4a553SMahmoud Mandour         metadata_destroy = lru_priorities_destroy;
548*40c4a553SMahmoud Mandour         break;
549*40c4a553SMahmoud Mandour     case FIFO:
550*40c4a553SMahmoud Mandour         update_miss = fifo_update_on_miss;
551*40c4a553SMahmoud Mandour         metadata_init = fifo_init;
552*40c4a553SMahmoud Mandour         metadata_destroy = fifo_destroy;
553*40c4a553SMahmoud Mandour         break;
554*40c4a553SMahmoud Mandour     case RAND:
555*40c4a553SMahmoud Mandour         rng = g_rand_new();
556*40c4a553SMahmoud Mandour         break;
557*40c4a553SMahmoud Mandour     default:
558*40c4a553SMahmoud Mandour         g_assert_not_reached();
559*40c4a553SMahmoud Mandour     }
560*40c4a553SMahmoud Mandour }
561*40c4a553SMahmoud Mandour 
562e2c5557cSMahmoud Mandour QEMU_PLUGIN_EXPORT
563e2c5557cSMahmoud Mandour int qemu_plugin_install(qemu_plugin_id_t id, const qemu_info_t *info,
564e2c5557cSMahmoud Mandour                         int argc, char **argv)
565e2c5557cSMahmoud Mandour {
566e2c5557cSMahmoud Mandour     int i;
567e2c5557cSMahmoud Mandour     int iassoc, iblksize, icachesize;
568e2c5557cSMahmoud Mandour     int dassoc, dblksize, dcachesize;
569e2c5557cSMahmoud Mandour 
570e2c5557cSMahmoud Mandour     limit = 32;
571e2c5557cSMahmoud Mandour     sys = info->system_emulation;
572e2c5557cSMahmoud Mandour 
573e2c5557cSMahmoud Mandour     dassoc = 8;
574e2c5557cSMahmoud Mandour     dblksize = 64;
575e2c5557cSMahmoud Mandour     dcachesize = dblksize * dassoc * 32;
576e2c5557cSMahmoud Mandour 
577e2c5557cSMahmoud Mandour     iassoc = 8;
578e2c5557cSMahmoud Mandour     iblksize = 64;
579e2c5557cSMahmoud Mandour     icachesize = iblksize * iassoc * 32;
580e2c5557cSMahmoud Mandour 
581*40c4a553SMahmoud Mandour     policy = LRU;
582e2c5557cSMahmoud Mandour 
583e2c5557cSMahmoud Mandour     for (i = 0; i < argc; i++) {
584e2c5557cSMahmoud Mandour         char *opt = argv[i];
58586ae3a1dSMahmoud Mandour         if (g_str_has_prefix(opt, "iblksize=")) {
58686ae3a1dSMahmoud Mandour             iblksize = g_ascii_strtoll(opt + 9, NULL, 10);
58786ae3a1dSMahmoud Mandour         } else if (g_str_has_prefix(opt, "iassoc=")) {
58886ae3a1dSMahmoud Mandour             iassoc = g_ascii_strtoll(opt + 7, NULL, 10);
58986ae3a1dSMahmoud Mandour         } else if (g_str_has_prefix(opt, "icachesize=")) {
59086ae3a1dSMahmoud Mandour             icachesize = g_ascii_strtoll(opt + 11, NULL, 10);
59186ae3a1dSMahmoud Mandour         } else if (g_str_has_prefix(opt, "dblksize=")) {
59286ae3a1dSMahmoud Mandour             dblksize = g_ascii_strtoll(opt + 9, NULL, 10);
59386ae3a1dSMahmoud Mandour         } else if (g_str_has_prefix(opt, "dassoc=")) {
59486ae3a1dSMahmoud Mandour             dassoc = g_ascii_strtoll(opt + 7, NULL, 10);
59586ae3a1dSMahmoud Mandour         } else if (g_str_has_prefix(opt, "dcachesize=")) {
59686ae3a1dSMahmoud Mandour             dcachesize = g_ascii_strtoll(opt + 11, NULL, 10);
59786ae3a1dSMahmoud Mandour         } else if (g_str_has_prefix(opt, "limit=")) {
598e2c5557cSMahmoud Mandour             limit = g_ascii_strtoll(opt + 6, NULL, 10);
599*40c4a553SMahmoud Mandour         } else if (g_str_has_prefix(opt, "evict=")) {
600*40c4a553SMahmoud Mandour             gchar *p = opt + 6;
601*40c4a553SMahmoud Mandour             if (g_strcmp0(p, "rand") == 0) {
602*40c4a553SMahmoud Mandour                 policy = RAND;
603*40c4a553SMahmoud Mandour             } else if (g_strcmp0(p, "lru") == 0) {
604*40c4a553SMahmoud Mandour                 policy = LRU;
605*40c4a553SMahmoud Mandour             } else if (g_strcmp0(p, "fifo") == 0) {
606*40c4a553SMahmoud Mandour                 policy = FIFO;
607*40c4a553SMahmoud Mandour             } else {
608*40c4a553SMahmoud Mandour                 fprintf(stderr, "invalid eviction policy: %s\n", opt);
609*40c4a553SMahmoud Mandour                 return -1;
610*40c4a553SMahmoud Mandour             }
611e2c5557cSMahmoud Mandour         } else {
612e2c5557cSMahmoud Mandour             fprintf(stderr, "option parsing failed: %s\n", opt);
613e2c5557cSMahmoud Mandour             return -1;
614e2c5557cSMahmoud Mandour         }
615e2c5557cSMahmoud Mandour     }
616e2c5557cSMahmoud Mandour 
617*40c4a553SMahmoud Mandour     policy_init();
618*40c4a553SMahmoud Mandour 
619e2c5557cSMahmoud Mandour     dcache = cache_init(dblksize, dassoc, dcachesize);
62086ae3a1dSMahmoud Mandour     if (!dcache) {
62186ae3a1dSMahmoud Mandour         const char *err = cache_config_error(dblksize, dassoc, dcachesize);
62286ae3a1dSMahmoud Mandour         fprintf(stderr, "dcache cannot be constructed from given parameters\n");
62386ae3a1dSMahmoud Mandour         fprintf(stderr, "%s\n", err);
62486ae3a1dSMahmoud Mandour         return -1;
62586ae3a1dSMahmoud Mandour     }
62686ae3a1dSMahmoud Mandour 
627e2c5557cSMahmoud Mandour     icache = cache_init(iblksize, iassoc, icachesize);
62886ae3a1dSMahmoud Mandour     if (!icache) {
62986ae3a1dSMahmoud Mandour         const char *err = cache_config_error(iblksize, iassoc, icachesize);
63086ae3a1dSMahmoud Mandour         fprintf(stderr, "icache cannot be constructed from given parameters\n");
63186ae3a1dSMahmoud Mandour         fprintf(stderr, "%s\n", err);
63286ae3a1dSMahmoud Mandour         return -1;
63386ae3a1dSMahmoud Mandour     }
634e2c5557cSMahmoud Mandour 
635e2c5557cSMahmoud Mandour     qemu_plugin_register_vcpu_tb_trans_cb(id, vcpu_tb_trans);
636e2c5557cSMahmoud Mandour     qemu_plugin_register_atexit_cb(id, plugin_exit, NULL);
637e2c5557cSMahmoud Mandour 
638e2c5557cSMahmoud Mandour     miss_ht = g_hash_table_new_full(NULL, g_direct_equal, NULL, insn_free);
639e2c5557cSMahmoud Mandour 
640e2c5557cSMahmoud Mandour     return 0;
641e2c5557cSMahmoud Mandour }
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