Differences

This shows you the differences between two versions of the page.

analytical_modeling_of_system_temperature:index [2009/05/07 17:53]
anshulg 		analytical_modeling_of_system_temperature:index [2010/08/17 18:27] (current)
Line 746: Line 746:
804841e: 90                  nop    804841e: 90                  nop   
804841f: 90                  nop    804841f: 90                  nop   
 +</code>
 +
 +===Linked-list Cache Miss Test===
 +For a linked-list test, every cache miss depends on the previous cache miss. Thus, there is limited runahead.
 +== cache miss with nops ==
 +We create a large linked-list and traverse through it (while loop) in an essentially pointer chasing manner. While the miss is being serviced, the machine executes nops (added in the assembly code before the end of each loop). We increase the number of nops in the loop to decrease the cache miss rate (more nops in loop implies more time between requests to memory for data). Thus, lower the cache miss rate, higher the number of nops executed per loop and thus, lower the peak temperature.\\
 +{{:analytical_modeling_of_system_temperature:miss_nops_new.png?1000}}
 +<code>
 +080483f4 <main>:
 + 80483f4: 8d 4c 24 04          lea    0x4(%esp),%ecx
 + 80483f8: 83 e4 f0            and    $0xfffffff0,%esp
 + 80483fb: ff 71 fc            pushl  -0x4(%ecx)
 + 80483fe: 55                  push  %ebp
 + 80483ff: 89 e5                mov    %esp,%ebp
 + 8048401: 51                  push  %ecx
 + 8048402: 83 ec 44            sub    $0x44,%esp
 + 8048405: c7 44 24 04 04 00 00 movl  $0x4,0x4(%esp)
 + 804840c: 00
 + 804840d: c7 04 24 55 90 04 08 movl  $0x8049055,(%esp)
 + 8048414: e8 13 ff ff ff      call  804832c <printf@plt>
 + 8048419: c7 44 24 04 40 00 00 movl  $0x40,0x4(%esp)
 + 8048420: 00
 + 8048421: c7 04 24 01 00 00 00 movl  $0x1,(%esp)
 + 8048428: e8 df fe ff ff      call  804830c <calloc@plt>
 + 804842d: 89 45 f0            mov    %eax,-0x10(%ebp)
 + 8048430: 8b 45 f0            mov    -0x10(%ebp),%eax
 + 8048433: 89 45 ec            mov    %eax,-0x14(%ebp)
 + 8048436: c7 45 f4 00 00 00 00 movl  $0x0,-0xc(%ebp)
 + 804843d: eb 34                jmp    8048473 <main+0x7f>
 + 804843f: c7 44 24 04 40 00 00 movl  $0x40,0x4(%esp)
 + 8048446: 00
 + 8048447: c7 04 24 01 00 00 00 movl  $0x1,(%esp)
 + 804844e: e8 b9 fe ff ff      call  804830c <calloc@plt>
 + 8048453: 89 45 e8            mov    %eax,-0x18(%ebp)
 + 8048456: 8b 45 e8            mov    -0x18(%ebp),%eax
 + 8048459: c7 40 3c 00 00 00 00 movl  $0x0,0x3c(%eax)
 + 8048460: 8b 55 ec            mov    -0x14(%ebp),%edx
 + 8048463: 8b 45 e8            mov    -0x18(%ebp),%eax
 + 8048466: 89 42 3c            mov    %eax,0x3c(%edx)
 + 8048469: 8b 45 e8            mov    -0x18(%ebp),%eax
 + 804846c: 89 45 ec            mov    %eax,-0x14(%ebp)
 + 804846f: 83 45 f4 01          addl  $0x1,-0xc(%ebp)
 + 8048473: 81 7d f4 7f 96 98 00 cmpl  $0x98967f,-0xc(%ebp)
 + 804847a: 7e c3                jle    804843f <main+0x4b>
 + 804847c: 8b 45 ec            mov    -0x14(%ebp),%eax
 + 804847f: 8b 55 f0            mov    -0x10(%ebp),%edx
 + 8048482: 89 50 3c            mov    %edx,0x3c(%eax)
 + 8048485: 8b 45 f0            mov    -0x10(%ebp),%eax
 + 8048488: 89 45 ec            mov    %eax,-0x14(%ebp)
 + 804848b: e9 e7 0a 00 00      jmp    8048f77 <main+0xb83>
 + 8048490: 8b 45 ec            mov    -0x14(%ebp),%eax
 + 8048493: 8b 40 3c            mov    0x3c(%eax),%eax
 + 8048496: 89 45 ec            mov    %eax,-0x14(%ebp)
 + 8048499: 90                  nop   
 + 804849a: 90                  nop   
 + 804849b: 90                  nop   
 +
 +            //lots and lots of nops to vary cache miss rate
 +
 + 8048f76: 90                  nop   
 + 8048f77: 8b 45 ec            mov    -0x14(%ebp),%eax
 + 8048f7a: 8b 40 3c            mov    0x3c(%eax),%eax
 + 8048f7d: 85 c0                test  %eax,%eax
 + 8048f7f: 0f 85 0b f5 ff ff    jne    8048490 <main+0x9c>
 + 8048f85: 83 c4 44            add    $0x44,%esp
 + 8048f88: 59                  pop    %ecx
 + 8048f89: 5d                  pop    %ebp
 + 8048f8a: 8d 61 fc            lea    -0x4(%ecx),%esp
 + 8048f8d: c3                  ret   
 + 8048f8e: 90                  nop   
 + 8048f8f: 90                  nop   
 +</code>
 +
 +== cache miss with ops ==
 +Same as above except we now have some fp operations in each loop instead of nops. Thus, while a miss is being serviced, the system has work to do.
 +We increase the amount of work to do in each loop to decrease the cache miss rate. Thus, lower the cache miss rate, more is the work done per loop and thus, higher the peak temperature. Note that this is also the expected behavior with cache misses. More the cache miss rate, more the amount of time spent in servicing them. Thus, cpu is stalled for more time. Thus, lower the peak temperature.\\
 +{{:analytical_modeling_of_system_temperature:miss_ops_new.png?1000}}
 +<code>
 +08048424 <main>:
 + 8048424: 8d 4c 24 04          lea    0x4(%esp),%ecx
 + 8048428: 83 e4 f0            and    $0xfffffff0,%esp
 + 804842b: ff 71 fc            pushl  -0x4(%ecx)
 + 804842e: 55                  push  %ebp
 + 804842f: 89 e5                mov    %esp,%ebp
 + 8048431: 53                  push  %ebx
 + 8048432: 51                  push  %ecx
 + 8048433: 83 ec 40            sub    $0x40,%esp
 + 8048436: 89 cb                mov    %ecx,%ebx
 + 8048438: c7 44 24 04 04 00 00 movl  $0x4,0x4(%esp)
 + 804843f: 00
 + 8048440: c7 04 24 e5 85 04 08 movl  $0x80485e5,(%esp)
 + 8048447: e8 04 ff ff ff      call  8048350 <printf@plt>
 + 804844c: c7 44 24 04 40 00 00 movl  $0x40,0x4(%esp)
 + 8048453: 00
 + 8048454: c7 04 24 01 00 00 00 movl  $0x1,(%esp)
 + 804845b: e8 d0 fe ff ff      call  8048330 <calloc@plt>
 + 8048460: 89 45 f0            mov    %eax,-0x10(%ebp)
 + 8048463: 8b 45 f0            mov    -0x10(%ebp),%eax
 + 8048466: 89 45 ec            mov    %eax,-0x14(%ebp)
 + 8048469: 8b 43 04            mov    0x4(%ebx),%eax
 + 804846c: 83 c0 04            add    $0x4,%eax
 + 804846f: 8b 00                mov    (%eax),%eax
 + 8048471: 89 04 24            mov    %eax,(%esp)
 + 8048474: e8 e7 fe ff ff      call  8048360 <atoi@plt>
 + 8048479: 89 45 e4            mov    %eax,-0x1c(%ebp)
 + 804847c: c7 45 f4 00 00 00 00 movl  $0x0,-0xc(%ebp)
 + 8048483: eb 34                jmp    80484b9 <main+0x95>
 + 8048485: c7 44 24 04 40 00 00 movl  $0x40,0x4(%esp)
 + 804848c: 00
 + 804848d: c7 04 24 01 00 00 00 movl  $0x1,(%esp)
 + 8048494: e8 97 fe ff ff      call  8048330 <calloc@plt>
 + 8048499: 89 45 e8            mov    %eax,-0x18(%ebp)
 + 804849c: 8b 45 e8            mov    -0x18(%ebp),%eax
 + 804849f: c7 40 3c 00 00 00 00 movl  $0x0,0x3c(%eax)
 + 80484a6: 8b 55 ec            mov    -0x14(%ebp),%edx
 + 80484a9: 8b 45 e8            mov    -0x18(%ebp),%eax
 + 80484ac: 89 42 3c            mov    %eax,0x3c(%edx)
 + 80484af: 8b 45 e8            mov    -0x18(%ebp),%eax
 + 80484b2: 89 45 ec            mov    %eax,-0x14(%ebp)
 + 80484b5: 83 45 f4 01          addl  $0x1,-0xc(%ebp)
 + 80484b9: 81 7d f4 7f 96 98 00 cmpl  $0x98967f,-0xc(%ebp)
 + 80484c0: 7e c3                jle    8048485 <main+0x61>
 + 80484c2: 8b 45 ec            mov    -0x14(%ebp),%eax
 + 80484c5: 8b 55 f0            mov    -0x10(%ebp),%edx
 + 80484c8: 89 50 3c            mov    %edx,0x3c(%eax)
 + 80484cb: 8b 45 f0            mov    -0x10(%ebp),%eax
 + 80484ce: 89 45 ec            mov    %eax,-0x14(%ebp)
 + 80484d1: eb 39                jmp    804850c <main+0xe8>
 + 80484d3: 8b 45 ec            mov    -0x14(%ebp),%eax
 + 80484d6: 8b 40 3c            mov    0x3c(%eax),%eax
 + 80484d9: 89 45 ec            mov    %eax,-0x14(%ebp)
 + 80484dc: c7 45 f4 00 00 00 00 movl  $0x0,-0xc(%ebp)
 + 80484e3: eb 1f                jmp    8048504 <main+0xe0>
 + 80484e5: dd 05 f0 85 04 08    fldl  0x80485f0                // work to do
 + 80484eb: dd 5d d8            fstpl  -0x28(%ebp)
 + 80484ee: dd 05 f8 85 04 08    fldl  0x80485f8
 + 80484f4: dd 5d d0            fstpl  -0x30(%ebp)
 + 80484f7: dd 45 d8            fldl  -0x28(%ebp)
 + 80484fa: dc 4d d0            fmull  -0x30(%ebp)
 + 80484fd: dd 5d c8            fstpl  -0x38(%ebp)
 + 8048500: 83 45 f4 01          addl  $0x1,-0xc(%ebp)
 + 8048504: 8b 45 f4            mov    -0xc(%ebp),%eax
 + 8048507: 3b 45 e4            cmp    -0x1c(%ebp),%eax
 + 804850a: 7c d9                jl    80484e5 <main+0xc1>      // jump back to do more work within the same loop
 + 804850c: 8b 45 ec            mov    -0x14(%ebp),%eax
 + 804850f: 8b 40 3c            mov    0x3c(%eax),%eax
 + 8048512: 85 c0                test  %eax,%eax
 + 8048514: 75 bd                jne    80484d3 <main+0xaf>      // end of one loop
 + 8048516: 83 c4 40            add    $0x40,%esp
 + 8048519: 59                  pop    %ecx
 + 804851a: 5b                  pop    %ebx
 + 804851b: 5d                  pop    %ebp
 + 804851c: 8d 61 fc            lea    -0x4(%ecx),%esp
 + 804851f: c3                  ret   
 +</code>
 +
 +===Linked-list Branch Misprediction Test===
 +We wrap a simple branching condition around the linked-list test. However, even though we may mispredict the branch and go ahead and fetch a cache miss, it might be useful later on. Thus, a mispredicted branch is not totally useless.\\
 +
 +We use RAND_MAX-1 and RANDMAX/2 as our comparators against the random number generated. This creates different branch misprediction rates.\\
 +
 +Results indicate that higher the branch misprediction rate, higher is the cpu peak temperature. We believe this to be due to the work done in flushing the pipelines.
 +{{:analytical_modeling_of_system_temperature:mispred.png?1000}}
 +<code>
 +08048424 <main>:
 + 8048424: 8d 4c 24 04          lea    0x4(%esp),%ecx
 + 8048428: 83 e4 f0            and    $0xfffffff0,%esp
 + 804842b: ff 71 fc            pushl  -0x4(%ecx)
 + 804842e: 55                  push  %ebp
 + 804842f: 89 e5                mov    %esp,%ebp
 + 8048431: 51                  push  %ecx
 + 8048432: 83 ec 44            sub    $0x44,%esp
 + 8048435: c7 44 24 04 04 00 00 movl  $0x4,0x4(%esp)
 + 804843c: 00
 + 804843d: c7 04 24 a5 85 04 08 movl  $0x80485a5,(%esp)
 + 8048444: e8 07 ff ff ff      call  8048350 <printf@plt>
 + 8048449: c7 44 24 04 40 00 00 movl  $0x40,0x4(%esp)
 + 8048450: 00
 + 8048451: c7 04 24 01 00 00 00 movl  $0x1,(%esp)
 + 8048458: e8 d3 fe ff ff      call  8048330 <calloc@plt>
 + 804845d: 89 45 f0            mov    %eax,-0x10(%ebp)
 + 8048460: 8b 45 f0            mov    -0x10(%ebp),%eax
 + 8048463: 89 45 ec            mov    %eax,-0x14(%ebp)
 + 8048466: c7 45 f4 00 00 00 00 movl  $0x0,-0xc(%ebp)
 + 804846d: eb 34                jmp    80484a3 <main+0x7f>
 + 804846f: c7 44 24 04 40 00 00 movl  $0x40,0x4(%esp)
 + 8048476: 00
 + 8048477: c7 04 24 01 00 00 00 movl  $0x1,(%esp)
 + 804847e: e8 ad fe ff ff      call  8048330 <calloc@plt>
 + 8048483: 89 45 e8            mov    %eax,-0x18(%ebp)
 + 8048486: 8b 45 e8            mov    -0x18(%ebp),%eax
 + 8048489: c7 40 3c 00 00 00 00 movl  $0x0,0x3c(%eax)
 + 8048490: 8b 55 ec            mov    -0x14(%ebp),%edx
 + 8048493: 8b 45 e8            mov    -0x18(%ebp),%eax
 + 8048496: 89 42 3c            mov    %eax,0x3c(%edx)
 + 8048499: 8b 45 e8            mov    -0x18(%ebp),%eax
 + 804849c: 89 45 ec            mov    %eax,-0x14(%ebp)
 + 804849f: 83 45 f4 01          addl  $0x1,-0xc(%ebp)
 + 80484a3: 81 7d f4 7f 96 98 00 cmpl  $0x98967f,-0xc(%ebp)
 + 80484aa: 7e c3                jle    804846f <main+0x4b>
 + 80484ac: 8b 45 ec            mov    -0x14(%ebp),%eax
 + 80484af: 8b 55 f0            mov    -0x10(%ebp),%edx
 + 80484b2: 89 50 3c            mov    %edx,0x3c(%eax)
 + 80484b5: 8b 45 f0            mov    -0x10(%ebp),%eax
 + 80484b8: 89 45 ec            mov    %eax,-0x14(%ebp)
 + 80484bb: e8 a0 fe ff ff      call  8048360 <rand@plt>
 + 80484c0: 89 45 f4            mov    %eax,-0xc(%ebp)
 + 80484c3: 81 7d f4 fe ff ff 3f cmpl  $0x3ffffffe,-0xc(%ebp) // This is RAND_MAX/2  used for the red plot.
 + 80484ca: 7f ef                jg    80484bb <main+0x97>    // We use RAND_MAX-1 for the blue plot.
 + 80484cc: 8b 45 ec            mov    -0x14(%ebp),%eax
 + 80484cf: 8b 40 3c            mov    0x3c(%eax),%eax
 + 80484d2: 89 45 ec            mov    %eax,-0x14(%ebp)
 + 80484d5: eb e4                jmp    80484bb <main+0x97>
 + 80484d7: 90                  nop   
 + 80484d8: 90                  nop   
 + 80484d9: 90                  nop   
 + 80484da: 90                  nop   
 + 80484db: 90                  nop   
 + 80484dc: 90                  nop   
 + 80484dd: 90                  nop   
 + 80484de: 90                  nop   
 + 80484df: 90                  nop   
 +</code>
 +
 +===Array element-fetching Cache Miss Test===
 +We create a huge array and load elements from it. A cache miss does not depend on the previous cache miss as was in the case of linked-list test.
 +Again, we add nops to reduce the cache miss rate. Thus, lower the cache miss rate, lower is the peak temperature. \\
 +{{:analytical_modeling_of_system_temperature:arraymiss2.png?1000}}
 +<code>
 +080483f4 <main>:
 + 80483f4: 8d 4c 24 04          lea    0x4(%esp),%ecx
 + 80483f8: 83 e4 f0            and    $0xfffffff0,%esp
 + 80483fb: ff 71 fc            pushl  -0x4(%ecx)
 + 80483fe: 55                  push  %ebp
 + 80483ff: 89 e5                mov    %esp,%ebp
 + 8048401: 51                  push  %ecx
 + 8048402: 83 ec 24            sub    $0x24,%esp
 + 8048405: c7 44 24 04 04 00 00 movl  $0x4,0x4(%esp)
 + 804840c: 00
 + 804840d: c7 04 24 25 87 04 08 movl  $0x8048725,(%esp)
 + 8048414: e8 13 ff ff ff      call  804832c <printf@plt>
 + 8048419: c7 44 24 04 04 00 00 movl  $0x4,0x4(%esp)
 + 8048420: 00
 + 8048421: c7 04 24 00 00 90 01 movl  $0x1900000,(%esp)
 + 8048428: e8 df fe ff ff      call  804830c <calloc@plt>
 + 804842d: 89 45 f8            mov    %eax,-0x8(%ebp)
 + 8048430: c7 45 f4 00 00 00 00 movl  $0x0,-0xc(%ebp)
 + 8048437: eb 13                jmp    804844c <main+0x58>
 + 8048439: 8b 45 f4            mov    -0xc(%ebp),%eax
 + 804843c: c1 e0 02            shl    $0x2,%eax
 + 804843f: 03 45 f8            add    -0x8(%ebp),%eax
 + 8048442: c7 00 10 00 00 00    movl  $0x10,(%eax)
 + 8048448: 83 45 f4 01          addl  $0x1,-0xc(%ebp)
 + 804844c: 81 7d f4 ff ff 8f 01 cmpl  $0x18fffff,-0xc(%ebp)
 + 8048453: 7e e4                jle    8048439 <main+0x45>
 + 8048455: c7 45 f4 00 00 00 00 movl  $0x0,-0xc(%ebp)
 + 804845c: e9 e8 01 00 00      jmp    8048649 <main+0x255>
 + 8048461: 8b 45 f4            mov    -0xc(%ebp),%eax
 + 8048464: c1 e0 02            shl    $0x2,%eax
 + 8048467: 03 45 f8            add    -0x8(%ebp),%eax
 + 804846a: 8b 00                mov    (%eax),%eax
 + 804846c: 83 45 f4 10          addl  $0x10,-0xc(%ebp)
 + 8048470: 90                  nop   
 + 8048471: 90                  nop   
 + 8048472: 90                  nop   
 +
 +                \\ lots of nops to vary cache miss rate
 +
 + 8048645: 90                  nop   
 + 8048646: 90                  nop   
 + 8048647: 90                  nop   
 + 8048648: 90                  nop   
 + 8048649: 81 7d f4 ff ff 8f 01 cmpl  $0x18fffff,-0xc(%ebp)
 + 8048650: 0f 8e 0b fe ff ff    jle    8048461 <main+0x6d>
 + 8048656: e9 fa fd ff ff      jmp    8048455 <main+0x61>
 + 804865b: 90                  nop   
 + 804865c: 90                  nop   
 + 804865d: 90                  nop   
 + 804865e: 90                  nop   
 + 804865f: 90                  nop   
 +</code>
 +
 +
 +===Array element-fetching Branch Misprediction Test===
 +We wrap a branch condition around the array cache miss code. In the 'if' part, we fetch the next element, in the 'else' part, we fetch the ((array_size/2)+1)st element. Since the array is large, a branch misprediction fetches useless data. Thus, we'll have to flush often (and thus stall more) for a higher branch misprediction rate. Reults indicate that higher the branch misprediction rate, lower is the peak temperature. Though this seems normal, the linked-list branch misprediction test suggested the opposite (not sure why).\\
 +{{:analytical_modeling_of_system_temperature:arraymisp.png?1000}}
 +<code>
 +08048454 <main>:
 + 8048454: 8d 4c 24 04          lea    0x4(%esp),%ecx
 + 8048458: 83 e4 f0            and    $0xfffffff0,%esp
 + 804845b: ff 71 fc            pushl  -0x4(%ecx)
 + 804845e: 55                  push  %ebp
 + 804845f: 89 e5                mov    %esp,%ebp
 + 8048461: 51                  push  %ecx
 + 8048462: 83 ec 34            sub    $0x34,%esp
 + 8048465: c7 45 ec fd 5c 1e 6e movl  $0x6e1e5cfd,-0x14(%ebp)
 + 804846c: c7 44 24 04 04 00 00 movl  $0x4,0x4(%esp)
 + 8048473: 00
 + 8048474: c7 04 24 00 00 90 01 movl  $0x1900000,(%esp)
 + 804847b: e8 dc fe ff ff      call  804835c <calloc@plt>
 + 8048480: 89 45 e8            mov    %eax,-0x18(%ebp)
 + 8048483: c7 04 24 00 00 00 00 movl  $0x0,(%esp)
 + 804848a: e8 ed fe ff ff      call  804837c <time@plt>
 + 804848f: 89 04 24            mov    %eax,(%esp)
 + 8048492: e8 a5 fe ff ff      call  804833c <srand@plt>
 + 8048497: c7 45 f0 ef 03 00 00 movl  $0x3ef,-0x10(%ebp)
 + 804849e: c7 45 f8 00 00 00 00 movl  $0x0,-0x8(%ebp)
 + 80484a5: eb 31                jmp    80484d8 <main+0x84>
 + 80484a7: e8 e0 fe ff ff      call  804838c <rand@plt>
 + 80484ac: 89 45 f4            mov    %eax,-0xc(%ebp)
 + 80484af: 8b 45 f4            mov    -0xc(%ebp),%eax
 + 80484b2: 3b 45 ec            cmp    -0x14(%ebp),%eax
 + 80484b5: 7d 0d                jge    80484c4 <main+0x70>
 + 80484b7: 8b 45 f8            mov    -0x8(%ebp),%eax
 + 80484ba: c1 e0 02            shl    $0x2,%eax
 + 80484bd: 03 45 e8            add    -0x18(%ebp),%eax
 + 80484c0: 8b 00                mov    (%eax),%eax
 + 80484c2: eb 10                jmp    80484d4 <main+0x80>
 + 80484c4: 8b 45 f8            mov    -0x8(%ebp),%eax
 + 80484c7: 05 00 00 c8 00      add    $0xc80000,%eax
 + 80484cc: c1 e0 02            shl    $0x2,%eax
 + 80484cf: 03 45 e8            add    -0x18(%ebp),%eax
 + 80484d2: 8b 00                mov    (%eax),%eax
 + 80484d4: 83 45 f8 10          addl  $0x10,-0x8(%ebp)
 + 80484d8: 81 7d f8 ff ff c7 00 cmpl  $0xc7ffff,-0x8(%ebp)
 + 80484df: 7e c6                jle    80484a7 <main+0x53>
 + 80484e1: eb bb                jmp    804849e <main+0x4a>
 + 80484e3: 90                  nop   
 + 80484e4: 90                  nop   
 + 80484e5: 90                  nop   
 + 80484e6: 90                  nop   
 + 80484e7: 90                  nop   
 + 80484e8: 90                  nop   
 + 80484e9: 90                  nop   
 + 80484ea: 90                  nop   
 + 80484eb: 90                  nop   
 + 80484ec: 90                  nop   
 + 80484ed: 90                  nop   
 + 80484ee: 90                  nop   
 + 80484ef: 90                  nop   
</code> </code>

Personal Tools