Stream内存性能测试工具使用指南

Stream内存性能测试工具使用指南

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/Micha_Lu/article/details/143211380

Stream内存性能测试工具是一套综合性能测试程序集，主要通过Fortran和C两种高级语言编写，用于测试内存带宽性能。本文将详细介绍Stream测试的原理、特点以及具体的部署和测试步骤，包括软件的安装、编译和运行等。

一、前言

1、介绍说明

Stream内存性能测试工具是一套综合性能测试程序集，它主要通过Fortran和C两种高级且高效的语言编写而成，这两种语言在数学计算方面的高效率，使得Stream测试能够充分发挥出内存的能力。

2、测试原理

Stream测试主要通过四种数组的运算来测试内存带宽的性能，这四种运算分别是：

• Copy（数组的复制）：先访问一个内存单元读出其中的值，再将值写入到另一个内存单元。
• Scale（数组的尺度变换）：先从内存单元读出其中的值，作一个乘法运算，再将结果写入到另一个内存单元。
• Add（数组的矢量求和）：先从内存单元读出两个值，做加法运算，再将结果写入到另一个内存单元。
• Triad（数组的复合矢量求和）：将Copy、Scale、Add三种操作组合起来进行测试，先从内存单元中读两个值a、b，对其进行乘加混合运算（a+因子×b），将运算结果写入到另一个内存单元。

3、软件特点

• 双精度测试：Stream测试采用双精度（8个字节）来进行数组的运算，这样可以更准确地反映出内存带宽的实际性能。
• 可持续运行：Stream测试得到的是可持续运行的内存带宽最大值，而不是一般的硬件厂商提供的理论最大值。
• 对CPU计算能力要求小：Stream测试主要测试的是内存带宽，对CPU的计算能力要求很小，这样可以更准确地反映出内存的性能。

二、部署测试

1、安装软件

Github源码：STREAM | Stream官网

1.1、安装依赖

• Ubuntu

apt-get update
apt-get install gcc build-essential gfortran -y

1.2、下载源码

下载 stream.c 源码文件

• 方式一

wget http://www.cs.virginia.edu/stream/FTP/Code/stream.c

• 方式二

wget https://github.com/jeffhammond/STREAM/archive/refs/heads/master.zip
unzip master.zip
cd master

1.3、编译可执行文件

设置编译参数，将 stream.c 源码编译为 stream 可执行文件，用于后续内存测试

gcc -O3 -mcmodel=small  -fopenmp -DSTREAM_ARRAY_SIZE=117964800 -DNTIMES=3 stream.c -o stream

• -O3：用于指定编译器编译优化级别，当前设置参数为最高编译优化级别3
• -mcmodel=small：当单个Memory Array Size 大于2GB时需要设置此参数
• -fopenmp：用于启用OpenMP，适用于多核处理环境，一般需要开启，开启后测试默认使用线程数为CPU核数
• -DSTREAM_ARRAY_SIZE：用于指定测试数组（a[]、b[]、c[]）的大小，默认值为10000000，该参数值对测试结果影响很大
  该参数值需要远大于CPU最高级缓存（一般为L3 Cache），否则测试的性能就是CPU缓存的吞吐性能，而非内存的吞吐性能
• -DNTIMES：用于指定执行次数，从所有测试结果中选最优值
• stream.c：用于指定stream源码文件
• -o stream：用于指定源码编译输出二进制文件名，示例编译好的二进制文件名为 stream

由于stream.c源码推荐设置至少4倍最高级缓存，且STREAM_ARRAY_SIZE为double类型=8 Byte，计算公式如下

DSTREAM_ARRAY_SIZE = (<cpu个数> x <L3 Cache> x 1024 x 1024 x <缓存倍数>)/8 

1.4、参考示例

• 查看当前cpu个数为1个，当前CPU最高缓存为L3 cache，缓存大小为3MB

root@node51:~# lscpu | grep "cache"
L1d cache:                       256 KiB
L1i cache:                       256 KiB
L2 cache:                        1 MiB
L3 cache:                        3 MiB 

• 测试数组大小取值为CPU缓存大小300倍，即(1 x 3 x 1024 x 1024 x 300 )/8=117964800

root@node51:~# gcc -O3 -mcmodel=small  -fopenmp -DSTREAM_ARRAY_SIZE=117964800 -DNTIMES=3 stream.c -o stream

2、运行测试

2.1、命令说明

• 使用多线程测试，指定运行线程数为当前CPU核数8

export OMP_NUM_THREADS = 8

• 运行 ./stream 命令执行内存测试
  注：为避免出现误差，通常会执行3次取平均值作为测试结果

./stream

2.2、参考示例

参考示例如下，指定运行线程数为8，重复执行3次测试，取3次 Best Rate MB/s 平均值作为测试结果

root@node51:/var/log/test/stream_5.10# export OMP_NUM_THREADS=8
root@node51:/var/log/test/stream_5.10# ./stream
-------------------------------------------------------------
STREAM version $Revision: 5.10 $
-------------------------------------------------------------
This system uses 8 bytes per array element.
-------------------------------------------------------------
Array size = 117964800 (elements), Offset = 0 (elements)
Memory per array = 900.0 MiB (= 0.9 GiB).
Total memory required = 2700.0 MiB (= 2.6 GiB).
Each kernel will be executed 3 times.
 The *best* time for each kernel (excluding the first iteration)
 will be used to compute the reported bandwidth.
-------------------------------------------------------------
Number of Threads requested = 8
Number of Threads counted = 8
-------------------------------------------------------------
Your clock granularity/precision appears to be 1 microseconds.
Each test below will take on the order of 132290 microseconds.
   (= 132290 clock ticks)
Increase the size of the arrays if this shows that
you are not getting at least 20 clock ticks per test.
-------------------------------------------------------------
WARNING -- The above is only a rough guideline.
For best results, please be sure you know the
precision of your system timer.
-------------------------------------------------------------
Function    Best Rate MB/s  Avg time     Min time     Max time
Copy:           16828.8     0.113315     0.112155     0.114476
Scale:          15158.4     0.129523     0.124514     0.134532
Add:            15846.3     0.183065     0.178663     0.187467
Triad:          15743.2     0.184940     0.179834     0.190046
-------------------------------------------------------------
Solution Validates: avg error less than 1.000000e-13 on all three arrays
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