Автоматизация отладки параллельных программ

• Автор: Кудрявцев, Максим Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 96 с. : ил.

Оглавление
Введение.

Актуальность темы.

Цель и задачи работы

Основные результаты работы

Практическая ценность работы

Апробация работы

Краткое содержание работы.

Глава 1. Обзор подходов к отладке параллельных программ

1.1 Традиционные подходы. Интерактивная отладка, отладочные печати.

1.2 Стратегии автоматизированной отладки последовательных программ.

Глава 2. Метод граничных итераций и двойных тел циклов.
2.1 Описание метода
2.1.1 Использование граничных итераций
2.1.2 Инструментация с одним и с двумя телами циклов
2.1.3 Алгоритм построения множеств итераций для отладки программ на гранях многомерных циклов.
2.1.4 Алгоритм построения множеств итераций для отладки программ на уголках многомерных циклов
2.1.5 Алгоритм построения множеств итераций отлаживаемого запуска по результатам эталонного.
2.2 Реализация метода граничных итераций и двойных тел циклов в отладчике системы БУМ
2.2.1 Модель параллелизма ЭУМ.
2.2.2 Основные возможности ЭУМотладчика
2.2.3 Инструментация ФортранБУМ программ с одним и с двумя телами циклов
2.2.4 Особенности программной реализации метода.
2.2.5 Изменения формата трассы
2.2.6 Реализация оценки покрытия операторов программы.
2.3 Результаты экспериментов и выводы.
Глава 3. Метод интегральных характеристик массивов. Комбинированный метод
3.1 Описание метода
3.2 Реализация метода в отладчике системы БУМ
3.2.1 Нумерация параллельных конструкций
3.2.2 Реализация метода интегральных характеристик
Вычисление контрольных сумм.
Записьчтение трассы с контрольными суммами.
Формат файла трассы.
Сравнение контрольных сумм
Новые структуры данных и функции
3.3 Результаты экспериментов и выводы
Глава 4. Метод коррекции результатов редукционных операций
4.1 Описание метода
4.2 Реализация метода в отладчике системы БУМ
4.3 Результаты экспериментов и выводы
Заключение.
Литература


Динамический анализ эффективен для поиска неверных спецификаций параллелизма, реальных и потенциальных дедлоков, некорректного доступа к общим данным, ошибочных обращений и последовательностей обращений к библиотекам и прочих ошибок. Сравнительная отладка заключается в сравнении двух запусков программы - эталонного и отлаживаемого. Обнаруженные при этом различия используются для локализации ошибок. Оба этих метода отладки параллельных программ были в середине -х годов XX столетия предложены и реализованы в ИУМ-системе [], показав высокую эффективность при отладке приложений с незначительным объемом данных и вычислений. В сравнительном отладчике системы БУМ впервые реализовано полностью автоматическое определение контролируемых точек и сравниваемых в них переменных. Чем больше таких точек, тем выше точность локализации ошибки. Полный контроль во всех точках программы позволяет обнаружить первые проявления ошибок, но требует при этом неприемлемое количество ресурсов, которое невозможно обеспечить при отладке научно-технических приложений, требующих высокопроизводительных вычислений. Кроме того, сравнительную отладку невозможно применять к приложениям с недетерминированным поведением. Для автоматизации отладки реальных научно-технических приложений можно было бы воспользоваться методами сравнительной отладки и анализа корректности, если бы удалось найти способы существенного сокращения (в сотни и тысячи раз) необходимых для этих методов ресурсов памяти и времени. Диссертационная работа посвящена проблеме разработки методов автоматизированной отладки для научно-технических приложений, требующих высокопроизводительных вычислений. Целью диссертационной работы является разработка методов, способных автоматизировать отладку научно-технических приложений, требующих высокопроизводительных вычислений в моделях параллельного программирования с глобальным адресным пространством (ОрепМР [7], ШТ [5], ЭУМ [6]). Исследовать существующие подходы к отладке параллельных программ. Оценить применимость и эффективность этих подходов для отладки параллельных научно-технических приложений, требующих высокопроизводительных вычислений. Разработать методы и алгоритмы автоматического обнаружения некорректного выполнения параллельных программ, написанных в моделях параллельного программирования с глобальным адресным пространством (ОрепМР, НРР, ОУМ). Эти методы, основанные на динамическом анализе корректности и сравнительной отладке, должны обеспечивать существенное сокращение требуемых ресурсов времени и памяти и высокую точность обнаружения первых проявлений некорректного поведения параллельной программы. Программно реализовать разработанные методы и алгоритмы в отладчике системы БУМ [8]. Оценить эффективность предложенных методов и алгоритмов на представительном наборе параллельных программ. ОрепМР, НРР, БУМ). Эти методы, базирующиеся на динамическом контроле выполнения каждого оператора программы посредством его сопоставления со спецификациями параллелизма или с поведением эталонной программы, способны существенно упростить и ускорить отладку параллельных программ. Разработаны алгоритмы автоматического определения контролируемых точек выполнения программы, обеспечивающие существенное сокращение требуемых ресурсов времени и памяти и высокую точность обнаружения первых проявлений некорректного поведения параллельной программы. Разработанные методы и алгоритмы автоматического обнаружения некорректного выполнения параллельных программ реализованы в отладчике ЭУМ-программ. Проведено экспериментальное исследование эффективности созданного отладчика на представительном наборе параллельных программ, включающем пакет №В [] и реальные приложения, подтвердившее высокую эффективность разработанных методов и алгоритмов. Перечисленные результаты обладают научной новизной. Предложенные автором методы и алгоритмы могут быть использованы для отладки программ, написанных в моделях параллельного программирования с глобальным адресным пространством ОрепМР, НРР и ЭУМ. В некоторых случаях эти методы могут применяться и для отладки последовательных программ, а так же МР1-программ [3].