使用memtester工具对嵌入式Linux内存压力测试

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1 前言

  内存是电子计算机的最重要组成要素之一。 与内存对应的就是外存，如硬盘、外部存储器等。内存是将外存与CPU连接起来的桥梁，计算机中所有数据都需经过内存进行交互，而且所有应用程序都运行在内存中。可见，内存的重要性。如果内存出现问题，轻则是数据错误，严重则是导致系统崩溃。

  与通用计算机的内存条可插拔的形式不同，嵌入式计算机（Linux、Android、IOS）的内存通常是焊接在PCB上，与CPU内存控制器直接相连。内存芯片，一般指的是SDRAM，如DDR3、DDR4；内存芯片数据线属于高速总线，由几百MHz到GHz以上，对于PCB走线要求也非常高。因此，对于一个全新的项目，或者调整了内存走线的PCB，有必要对内存的性能和稳定性进行测试。这样避免后期系统出现内存崩溃的情况时，可以排除硬件内存走线的问题，而定位在软件bug上。也进而避免软硬件扯不清楚的问题。

  这里，我们使用“memtester”工具，对嵌入式Linux系统上的内存性能进行测试。

2 memtester工具

  memtester是一款比较经典而且使用广泛的内存检测工具，具备使用简单、易于移植、检测结果可靠性好的特点，支持32位和64位的类Unix系统（Unix、Linux、Android、IOS）上使用。memtester主要支持的功能包括：

• 捕捉内存错误，及长时间处于高位或者低位的内存坏位
• 支持多项测试，随机值、异或比较、异或运算、乘法、除法、减法
• 可指定测试内存起始地址、内存大小以及测试次数

​   memtester官网和下载地址：http://pyropus.ca/software/memtester/

3 工具编译与使用

3.1 编译

【1】解压

tar xvzf memtester-4.5.0.tar.gz 

【2】修改Makefile

  如果是在X86/X64 Linux系统使用，则无需修改Makefile文件，默认是选择系统gcc编译。在嵌入式Linux上使用需修改编译器。

  这里通过配置文件“conf-cc”和“conf-ld”选择编译器。把“conf-cc”和“conf-ld”文件的默认编译器“cc”改为目标编译器。

#Hi3520DV400平台编译
## conf-cc
arm-hisiv400-linux-gcc -O2 -DPOSIX -D_POSIX_C_SOURCE=200809L -D_FILE_OFFSET_BITS=64 -DTEST_NARROW_WRITES -c

## conf-ld
arm-hisiv500-linux-gcc -s

#RK3399平台编译
## conf-cc
aarch64-linux-gnu-gcc -O2 -DPOSIX -D_POSIX_C_SOURCE=200809L -D_FILE_OFFSET_BITS=64 -DTEST_NARROW_WRITES -c

## conf-ld
aarch64-linux-gnu-gcc -s

<

【3】编译和安装

  执行“make”编译生成可执行文件“memtester”；然后执行“make install”将执行文件安装到系统，并加入环境变量。嵌入式环境下，我们一般不选择安装，直接把可执行文件拷贝到系统执行即可。

3.2 使用

3.2.1 命令使用格式

  memtester工具使用命令格式为memtester [-p 内存物理起始地址] [测试内存大小B/K/M/G] [测试次数]。命令格式不是固定的，可以省略部分。

• 省略测试次数，则连续进行测试，直到手动结束
• 省略内存物理起始地址，则由系统随机选择空闲内存测试

实例：

#对1G内存测试100次
./memtester 1G 100

#对2G内存进行连续测试
./memtester 2G

#从0x00010000地址开始测试1G内存100次
./memtester -p 0x10000 1G 100

  更详细的介绍和使用说明可执行more README查看。

3.2.2 测试结果

  如果有测试项不通过，会输出对应的异常项目；否则会循环测试，直到测试次数完成或者手动结束。

  我们首先在X64 Ubuntu上编译测试。

#查看可执行文件类型
acuity@ubuntu:/mnt/hgfs/LSW/software/memtester-4.5.0$ file memtester
memtester: ELF 64-bit LSB executable, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked, interpreter /lib64/ld-linux-x86-64.so.2, for GNU/Linux 2.6.32, BuildID[sha1]=a0dcd3ddc63cb0aa9defa6db7a065195ed9c28cd, stripped

• 首先查看系统剩余空闲内存，确保测试内存不要超出剩余空间

#free命令查看的内存大小单位为K
acuity@ubuntu:/mnt/hgfs/LSW/software/memtester-4.5.0$ free
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:        8156736      261328     6498036       13748     1397372     7541972
Swap:             0           0           0

• 执行测试

#对100M内存测试2次
./memtester 100M 2
Loop 1/2:
  Stuck Address       : ok         
  Random Value        : ok
  Compare XOR         : ok
  Compare SUB         : ok
  Compare MUL         : ok
  Compare DIV         : ok
  Compare OR          : ok
  Compare AND         : ok
  Sequential Increment: ok
  Solid Bits          : ok         
  Block Sequential    : ok         
  Checkerboard        : ok         
  Bit Spread          : ok         
  Bit Flip            : ok         
  Walking Ones        : ok         
  Walking Zeroes      : ok         
  8-bit Writes        : ok
  16-bit Writes       : ok

Loop 2/2:
  Stuck Address       : ok         
  Random Value        : ok
  Compare XOR         : ok
  Compare SUB         : ok
  Compare MUL         : ok
  Compare DIV         : ok
  Compare OR          : ok
  Compare AND         : ok
  Sequential Increment: ok
  Solid Bits          : ok         
  Block Sequential    : ok         
  Checkerboard        : ok         
  Bit Spread          : ok         
  Bit Flip            : ok         
  Walking Ones        : ok         
  Walking Zeroes      : ok         
  8-bit Writes        : ok
  16-bit Writes       : ok

Done.

  如果存在测试失败项，会有提示“failure”，进而意味内存芯片本身存在问题或者PCB稳定性存在问题。

4 在RK3399平台上测试

  修改配置文件，交叉编译在RK3399板子上测试，通过U盘、以太网、WiFi等手段将可执行文件拷贝到板子上。以下方式通过U盘方式执行。

• 第一步，接入U盘后，查看存储名称，这里为sda1

firefly@firefly:~$ cat /proc/partitions
major minor  #blocks  name

   1        0       4096 ram0
 179        0   15267840 mmcblk1
 179        1       4096 mmcblk1p1
 179        2       4096 mmcblk1p2
 179        3      32768 mmcblk1p3
 179        4      32768 mmcblk1p4
 179        5   15083503 mmcblk1p5
 179       96       4096 mmcblk1rpmb
 179       64       4096 mmcblk1boot1
 179       32       4096 mmcblk1boot0
   8        0   15649792 sda
   8        1   15649776 sda1

• 第二步，手动挂载到"/home"目录（可以挂载到任意目录），这一步需要root权限。

root@firefly:~# mount -t vfat /dev/sda1 /home

• 第三步，进入"/home"目录，将memtester拷贝到"/usr"目录；然后切换至"/usr"目录，并执行。

root@firefly:~# cd /home
root@firefly:~# cp memtester /usr
root@firefly:~# cd /usr
root@firefly:/usr# ./memtester 1G 1

  此时memtester文件可能没有执行权限，需修先改文件属性为“可执行”，再执行。

root@firefly:/usr# chmod 777 memtester 
root@firefly:/usr# ./memtester 1G 1

测试结果：

root@firefly:/usr# ./memtester 1G 1
memtester version 4.5.0 (64-bit)
Copyright (C) 2001-2020 Charles Cazabon.
Licensed under the GNU General Public License version 2 (only).

pagesize is 4096
pagesizemask is 0xfffffffffffff000
want 1024MB (1073741824 bytes)
got  1024MB (1073741824 bytes), trying mlock ...locked.
Loop 1/1:
  Stuck Address       : ok         
  Random Value        : ok
  Compare XOR         : ok
  Compare SUB         : ok
  Compare MUL         : ok
  Compare DIV         : ok
  Compare OR          : ok
  Compare AND         : ok
  Sequential Increment: ok
  Solid Bits          : ok         
  Block Sequential    : ok         
  Checkerboard        : ok         
  Bit Spread          : ok         
  Bit Flip            : ok         
  Walking Ones        : ok         
  Walking Zeroes      : ok         
  8-bit Writes        : ok
  16-bit Writes       : ok

Done.