本發(fā)明涉及并行程序調(diào)試領(lǐng)域，并且更具體地，涉及一種基于訪存依賴對的并行重放方法和裝置。

背景技術(shù)：

隨著多核處理器的流行，并行編程成為多核平臺上最有效的編程方式，是未來軟件開發(fā)的主流趨勢。然而，由于并行程序本身具有不確定性，很難在調(diào)試過程中重現(xiàn)程序中的并發(fā)錯誤。據(jù)調(diào)查，調(diào)試一個并行程序的錯誤，平均需要73天，這給程序設(shè)計(jì)者帶來了巨大的困難與挑戰(zhàn)。為了緩解程序員開發(fā)與調(diào)試并行程序的負(fù)擔(dān)，LeBlanc等人首次提出了確定性重放技術(shù)：程序在運(yùn)行過程中，在日志文件中記錄導(dǎo)致程序不確定的因素，包括結(jié)果不確定的系統(tǒng)調(diào)用和特殊指令，信號，共享內(nèi)存的訪問等。當(dāng)需要進(jìn)行調(diào)試時，強(qiáng)制程序按照所記錄的日志執(zhí)行，這樣程序就能夠反復(fù)重現(xiàn)之前的執(zhí)行，方便調(diào)試人員調(diào)試。目前，有關(guān)確定性重放技術(shù)的研究工作主要集中在如何低開銷地記錄并行程序的不確定性因素：軟件實(shí)現(xiàn)的確定性重放方法盡量引入較小的運(yùn)行時開銷，硬件實(shí)現(xiàn)的確定性重放方法盡量不影響目前的處理器架構(gòu)，且生成的日志文件盡量小。相反地，并行程序在重放執(zhí)行階段的性能往往沒有引起研究者足夠的重視。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明通過靜態(tài)分析具有全局邏輯序的原日志文件，從中識別出所有具有依賴關(guān)系的訪存日志項(xiàng)，并將原日志文件分離為多個線程獨(dú)立的日志文件，各個獨(dú)立日志文件中繼續(xù)維持所有訪存日志項(xiàng)間的依賴關(guān)系。因此，并行程序重放執(zhí)行時各線程僅串行執(zhí)行這些日志項(xiàng)，進(jìn)而提高并行程序在重放執(zhí)行階段的性能。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提出一種基于訪存依賴對的并行重放方法，包括：

靜態(tài)掃描原日志文件，并基于拓?fù)鋱D識別所有訪存依賴對；

根據(jù)所述識別出的訪存依賴對的類型，在拓?fù)鋱D中的合適位置添加條件變量集合；

將原日志文件分散為多個線程獨(dú)立日志文件，當(dāng)并行程序在重放執(zhí)行時，每個線程各自讀取自己的獨(dú)立日志文件來指導(dǎo)重放。

優(yōu)選地，對所述內(nèi)存地址執(zhí)行連續(xù)兩次不同類型的訪問的兩個或多個線程稱為所述訪存依賴對。

優(yōu)選地，訪存依賴對的類型包括讀后寫類型WAR、寫后讀類型RAW以及寫后寫類型WAW。

優(yōu)選地，所述基于拓?fù)鋱D識別所有訪存依賴對為：

步驟1，線性掃描原日志文件，選取與訪存操作相關(guān)的日志項(xiàng)x；若x為空，掃描結(jié)束；否則，執(zhí)行步驟2；

步驟2，遍歷工作隊(duì)列中的日志項(xiàng)α，如果α中的內(nèi)存地址與x中的內(nèi)存地址不一致，則將x添加至工作隊(duì)列隊(duì)尾，并執(zhí)行步驟1；否則，執(zhí)行步驟3；

步驟3，如果α的訪存類型為讀，且x的訪存類型也為讀，則為α與x建立并行關(guān)系，并執(zhí)行步驟1；否則，執(zhí)行步驟4；

步驟4，如果α的訪存類型為讀，且x訪存類型為寫，則標(biāo)識α以及和α具有并行關(guān)系的日志項(xiàng)與x為WAR類型的訪存依賴對，并將α從工作隊(duì)列中移除，將x添加至工作隊(duì)列隊(duì)尾，執(zhí)行步驟1；否則，執(zhí)行步驟5；

步驟5，如果α的訪存類型為寫，且x的訪存類型為讀，則首先判斷α是否與其他日志項(xiàng)建立依賴關(guān)系，如果α已經(jīng)與日志項(xiàng)y存在依賴關(guān)系，則僅為x與y建立并行關(guān)系；如果α沒有與其他日志項(xiàng)建立依賴關(guān)系，則標(biāo)識α與x為RAW類型的訪存依賴對，并將x添加至工作隊(duì)列隊(duì)尾，并執(zhí)行步驟1；否則，執(zhí)行步驟6；以及

步驟6，如果α和x的訪存類型均為寫，將α從工作隊(duì)列中移除，將x添加至工作隊(duì)列隊(duì)尾，并判斷α是否與其他日志項(xiàng)建立依賴關(guān)系，如果α與其他日志項(xiàng)z建立依賴關(guān)系，則標(biāo)識α與z為RAW類型的訪存依賴對，標(biāo)識z與x為WAR類型的訪存依賴對，并將α、z從工作隊(duì)列中移除；否則，標(biāo)識α與x為類型為WAW的訪存依賴對，并執(zhí)行步驟1。

優(yōu)選地，所述工作隊(duì)列暫存每個訪存依賴對中首個執(zhí)行訪存操作的日志項(xiàng)。

優(yōu)選地，根據(jù)所述識別出的訪存依賴對類型，在拓?fù)鋱D中添加條件變量集合包括：當(dāng)所述訪存依賴對類型為WAW時，在所述訪存依賴對的前驅(qū)所對應(yīng)的日志項(xiàng)后添加條件變量的單個喚醒操作，在所述訪存依賴對的后繼所對應(yīng)的日志項(xiàng)之前添加條件變量的單個等待操作。

優(yōu)選地，根據(jù)所述識別出的訪存依賴對類型，在拓?fù)鋱D中添加條件變量集合包括：當(dāng)所述訪存依賴對類型為RAW時，在所述訪存依賴對的前驅(qū)所對應(yīng)的日志項(xiàng)后添加條件變量的廣播式喚醒操作，在訪存依賴對的后繼所對應(yīng)的日志項(xiàng)之前添加條件變量的單個等待操作。

優(yōu)選地，根據(jù)所述識別出的訪存依賴對類型，在拓?fù)鋱D中添加條件變量集合包括：當(dāng)所述訪存依賴對類型為WAR時，在每個訪存依賴對的前驅(qū)所對應(yīng)的日志項(xiàng)后添加多個條件變量的單個喚醒操作，在訪存依賴對的后繼所對應(yīng)的日志項(xiàng)之前添加多個條件變量的單個等待操作。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種基于訪存依賴對的并行重放裝置，包括：

掃描識別單元，用于靜態(tài)掃描原日志文件，并基于拓?fù)鋱D識別所有訪存依賴對；

程序邏輯重構(gòu)單元，用于在拓?fù)鋱D中的合適位置添加條件變量集合；以及

日志分散單元，用于將所述原日志文件分散為多個線程獨(dú)立日志文件，當(dāng)并行程序在重放執(zhí)行時，每個線程各自讀取自己的日志文件來指導(dǎo)重放。

附圖說明

通過參考下面的附圖，可以更為完整地理解本發(fā)明的示例性實(shí)施方式：

圖1為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的基于訪存依賴對的并行重放方法的流程圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的原日志文件和基于拓?fù)鋱D的訪存依賴對識別；

圖3為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的添加條件變量集合示意圖和生成線程獨(dú)立日志文件；以及

圖4為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的基于訪存依賴對的并行重放裝置的結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在參考附圖介紹本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，然而，本發(fā)明可以用許多不同的形式來實(shí)施，并且不局限于此處描述的實(shí)施例，提供這些實(shí)施例是為了詳盡地且完全地公開本發(fā)明，并且向所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員充分傳達(dá)本發(fā)明的范圍。對于表示在附圖中的示例性實(shí)施方式中的術(shù)語并不是對本發(fā)明的限定。在附圖中，相同的單元/元件使用相同的附圖標(biāo)記。

除非另有說明，此處使用的術(shù)語包括科技術(shù)語對所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員具有通常的理解含義。另外，可以理解的是，以通常使用的詞典限定的術(shù)語，應(yīng)當(dāng)被理解為與其相關(guān)領(lǐng)域的語境具有一致的含義，而不應(yīng)該被理解為理想化的或過于正式的意義。

圖1為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的基于訪存依賴對的并行重放方法的流程圖。如圖1所示，基于訪存依賴對的并行重放方法100從步驟101開始。在步驟101中，先靜態(tài)掃描原日志文件，并基于拓?fù)鋱D識別出所有訪存依賴對。應(yīng)當(dāng)了解的是，對于某個內(nèi)存地址，對所述內(nèi)存地址執(zhí)行連續(xù)兩次不同類型的訪問的兩個或多個線程稱為所述訪存依賴對。訪存依賴對的類型分為讀后寫類型WAR、寫后讀類型RAW以及寫后寫類型WAW。其中，W表示W(wǎng)rite，即寫操作；A表示After；R表示Read，即讀操作，例如WAR表示為Write After Read，即先讀后寫。

優(yōu)選地，所述基于拓?fù)鋱D識別所有訪存依賴對為：

步驟1，線性掃描原日志文件，選取與訪存操作相關(guān)的日志項(xiàng)x，如果x為空，則說明日志文件掃描結(jié)束，返回；否則，執(zhí)行步驟2；

步驟2，遍歷工作隊(duì)列中的元素α，其中所述工作隊(duì)列暫存每個訪存依賴對的首個執(zhí)行訪存操作的日志項(xiàng)，如果α中的內(nèi)存地址與x中的內(nèi)存地址不一致，則將x添加至工作隊(duì)列，并再次執(zhí)行步驟1重新掃描日志文件獲得新的日志項(xiàng)；否則，繼續(xù)執(zhí)行步驟3；

步驟3，如果α的訪存類型為讀，且x的訪存類型也為讀，則說明α所在的訪存依賴對類型為WAR，因此α和x兩個讀線程之間是并行關(guān)系，則為α與x建立并行關(guān)系，并再次執(zhí)行步驟1重新掃描日志文件獲得新的日志項(xiàng)x；否則，執(zhí)行步驟4；

步驟4：如果α的訪存類型為讀，且x訪存類型為寫，則標(biāo)識α以及其他與α具有并行關(guān)系的日志項(xiàng)與x為WAR類型的依賴對，將α從工作隊(duì)列中移除，將x添加至工作隊(duì)列，并再次執(zhí)行步驟1重新掃描日志文件獲得新的日志項(xiàng)x；否則，執(zhí)行步驟5；

步驟5，如果α的訪存類型為寫，且x的訪存類型為讀，則說明α所在的依賴對類型為RAW。首先判斷α是否與其他日志項(xiàng)建立依賴關(guān)系，如果已經(jīng)與日志項(xiàng)y建立依賴關(guān)系，則表示x也是多個讀線程中的一員，因此僅為x與α的依賴關(guān)系對象y建立并行關(guān)系；否則為α與x建立RAW依賴關(guān)系，并將x添加至工作隊(duì)列，并再次執(zhí)行步驟1重新掃描日志文件獲得新的日志項(xiàng)x；否則，執(zhí)行步驟6；

步驟6，如果α的訪存類型為寫，且x的訪存類型為寫，首先將α從工作隊(duì)列中移除，將x添加至工作隊(duì)列，并判斷α是否與其他日志項(xiàng)建立依賴關(guān)系，如果已經(jīng)與日志項(xiàng)z建立依賴關(guān)系，則標(biāo)識α與z為RAW類型的訪存依賴對，標(biāo)識z與x為WAR類型的訪存依賴對，并將α、z均從工作隊(duì)列中刪除；否則，標(biāo)識α與x為WAW類型的訪存依賴對，并執(zhí)行步驟1。

基于上述步驟，為原日志文件建立拓?fù)鋱D，并識別出所有的訪存依賴對，如圖2(a)中顯示的是原日志文件的片段，根據(jù)上述步驟得到拓?fù)鋱D如圖2(b)所示。應(yīng)當(dāng)了解的是，基于拓?fù)鋱D識別所有訪存依賴對時，步驟3至步驟6的順序不固定，所述4個步驟實(shí)質(zhì)上是對α和x的可能出現(xiàn)的四種訪存類型進(jìn)行描述。在實(shí)際應(yīng)用中，不必一定按照從步驟3依次至步驟6的順序。

優(yōu)選地，所述訪存依賴對為對于某個內(nèi)存地址執(zhí)行連續(xù)兩次不同類型的訪問的兩個或多個線程。

在上述圖2(b)中添加條件變量集合來重構(gòu)程序邏輯，應(yīng)當(dāng)了解的是，訪存依賴對的后繼必須在訪存依賴對的前驅(qū)執(zhí)行之后才能執(zhí)行，以此來維持原訪存日志項(xiàng)間的必需依賴關(guān)系。根據(jù)所述識別的三種不同類型的訪存依賴對，分別添加條件變量集合。

優(yōu)選地，當(dāng)所述訪存依賴對類型為WAW時，所述訪存依賴對只存在一個前驅(qū)和一個后繼。所以對于同一個內(nèi)存地址P，當(dāng)某個線程執(zhí)行完寫操作后，其他線程才能寫訪問該地址。如圖3(a)中實(shí)線箭頭④所表示的關(guān)系，采用單個一對一的等待-喚醒模式。在訪存依賴對前驅(qū)所對應(yīng)的日志項(xiàng)后添加條件變量單個喚醒操作，例如cond_signal，在圖3(b)中表示為C_{wake_S}，在訪存依賴對后繼所對應(yīng)的日志項(xiàng)之前添加條件變量單個等待操作，例如cond_wait，在圖3(b)中表示為C_wait。

優(yōu)選地，當(dāng)所述訪存依賴對類型為RAW時，所述訪存依賴對存在一個前驅(qū)和多個后繼，且各個后繼之間并沒有任何依賴關(guān)系。對于同一個共享內(nèi)存地址P，當(dāng)某個線程執(zhí)行完寫操作后，其他多個線程才能并行地讀訪問該地址，如圖3(a)中實(shí)線箭頭⑤、⑥所表示的關(guān)系。因此采用單個一對多的廣播式等待-喚醒模式。在訪存依賴對前驅(qū)所對應(yīng)的日志項(xiàng)后添加條件變量廣播式喚醒操作，例如cond_broadcast，在圖3(b)中表示為C_{wake_B}，在訪存依賴對后繼所對應(yīng)的日志項(xiàng)之前添加條件變量單個等待操作，例如cond_wait，在圖3(b)中表示為C_wait。

優(yōu)選地，當(dāng)所述訪存依賴對類型為WAR時，所述訪存依賴對存在多個前驅(qū)和一個后繼，并且各個前驅(qū)之間并沒有任何依賴關(guān)系。對于同一個共享內(nèi)存地址P，當(dāng)多個線程執(zhí)行完讀操作以后，其他線程才能寫訪問該地址。如圖3(a)中箭頭①、②、③所表示的關(guān)系。因此采用多個一對一的等待-喚醒模式。在每個訪存依賴對前驅(qū)所對應(yīng)的日志項(xiàng)后均添加條件變量單個喚醒操作，例如cond_signal，在圖3(b)中表示為C_{wake_S}，在訪存依賴對后繼所對應(yīng)的日志項(xiàng)之前添加多個條件變量單個等待操作，例如cond_wait，在圖3(b)中表示為C_wait。

優(yōu)選地，根據(jù)添加條件變量集合后的拓?fù)鋱D，生成線程獨(dú)立日志文件。每個線程均有對應(yīng)的獨(dú)立日志文件。在重放執(zhí)行階段，所述線程獨(dú)立日志文件指導(dǎo)對應(yīng)的線程進(jìn)行重放。

圖4為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的基于訪存依賴對的并行重放裝置的結(jié)構(gòu)圖。如圖4所示，基于訪存依賴對的并行重放裝置400包括掃描識別單元401、程序邏輯重構(gòu)單元402、日志分散單元403。

優(yōu)選地，所述掃描識別單元401用于靜態(tài)掃描原日志文件，并基于拓?fù)鋱D識別所有訪存依賴對。

優(yōu)選地，所述程序邏輯重構(gòu)單元402用于在拓?fù)鋱D中合適的位置處添加條件變量集合。

優(yōu)選地，所述日志分散單元403用于將所述原日志文件分散為多個線程獨(dú)立日志文件，當(dāng)并行程序重放執(zhí)行時，每個線程各自讀取自己的獨(dú)立日志文件來指導(dǎo)重放。

已經(jīng)通過參考少量實(shí)施方式描述了本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的，正如附帶的專利權(quán)利要求所限定的，除了本發(fā)明以上公開的其他的實(shí)施例等同地落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

通常地，在權(quán)利要求中使用的所有術(shù)語都根據(jù)他們在技術(shù)領(lǐng)域的通常含義被解釋，除非在其中被另外明確地定義。所有的參考“一個/所述/該[裝置、組件等]”都被開放地解釋為所述裝置、組件等中的至少一個實(shí)例，除非另外明確地說明。這里公開的任何方法的步驟都沒必要以公開的準(zhǔn)確的順序運(yùn)行，除非明確地說明。