ОТЛАДКА СИСТЕМ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ. Обзор - К. Костюхин

Кроме того, если система состоит из большого числа компонент, использование двухуровневой архитектуры "менеджер-агент" становится неэффективным, поскольку менеджер не сможет обработать в надлежащее время информацию от агентов. В этом случае целесообразно использовать многоуровневую структуру, в которой компоненты, объединенные по своим функциональным возможностям, представляют некоторые подсистемы, которыми управляют соответствующие менеджеры, являющиеся агентами на следующем уровне предложенной иерархии.

При включении в систему новой платформы необходимо, чтобы менеджер имел возможность осуществлять связь с агентом. Для этого к набору исходных текстов менеджера добавляется файл, содержащий функции взаимодействия с агентом. Здесь возможны следующие варианты:

• Файл описания платформы требует компиляции и сборки вместе с остальными исходными текстами.

Существенный недостаток такого подхода в том, что менеджер или какую-либо его часть придется пересобирать.

• Файл описания интерпретируется внутренними средствами менеджера.

В [17] описан отладчик Panorama, платформо-зависимые черты, которого вынесены в отдельные файлы: файл описания платформы (агента) и tcl-скрипт, в котором описаны необходимые функции. Таким образом, имея встроенный tcl-интерпретатор, Panorama способен работать с новой платформой без пересборки менеджера. Архитектура этого отладчика приведена на рис. 7.

Рис. 7. Отладчик Panorama

В случае, если один агент обслуживает несколько менеджеров, целесообразно организовать промежуточное звено, в которое вынести все платформо-зависимые черты менеджеров. Такой подход реализован в среде разработки ПО реального времени TORNADO (система VxWorks). Он заключается в том, что на целевой стороне имеется универсальный агент (target agent), осуществляющий связь со средствами разработки ПО посредством целевого сервера (target server). В этом случае, во-первых, все клиенты работают с одним сервером (и, соответственно, с одним агентом) и, во-вторых, они имеют возможность обмениваться данными между собой, используя целевой сервер.

4.2. Некоторые подходы к отладке распределенных приложений

При отладке распределенного приложения в целом нужно представлять общее его состояние, которое включает структуры данных, распределенные по нескольким платформам. Кроме того, необходимо иметь протокол взаимодействия задач в системе.

Взаимодействие задач, исполняемых на разных процессорах, можно протоколировать, используя вместо стандартных функции связи, передающие необходимую информацию менеджеру. Чем более полной является эта информация, тем проще менеджеру с ней работать, но тем большее влияние на работу системы оказывает сеанс отладки, в результате чего могут возникать новые динамические ошибки. В [9] описана система DARTS (Debug Assistant for Real-Time Systems). С ее помощью можно проводить полноценный сеанс отладки без наличия какой-либо отладочной информации в приложении. Для этого необходимо правильно сопоставить полученный от системы поток событий с исходными текстами приложения. Этот процесс происходит в 2 этапа: разбор исходных текстов и непосредственно само сопоставление.

При разборе исходного текста для каждой задачи генерируется последовательность следующих программных элементов:

• системные вызовы;

• условные конструкции;

• циклы;

• вызовы функций, описанных в программе;

• библиотечные вызовы.

После трассировки приложения необходима полная информация для полученного потока событий с целью его дальнейшей отладки. Для этого происходит такое сопоставление:

• системные вызовы сравниваются по именам и параметрам;

• условная конструкция считается обнаруженной в протоколе, если присутствует один из вариантов;

• цикл считается найденным, если он присутствует в протоколе 0 и более раз (каждый раз ищется максимальное число его вхождений);

• программные вызовы идентифицируются по вхождению в протокол тела подпрограммы;

• для каждой библиотечной функции строится набор возможных последовательностей системных вызовов. Функция считается присутствующей в протоколе, если обнаружена некоторая последовательность из ее характеристического набора.

В результате получается набор гипотез о ходе выполнения приложения (включая вызовы функций, время и процессор). Информация может уточняться, если задавать некоторые интервалы выполнения (например, протоколирование выполнения конкретной задачи). После таких уточнений получаем символьную и строковую информацию о произошедших событиях.

Еще один подход к отладке распределенных приложений предложен в [16]. Описанный там отладчик Ariadne позволяет проверять, произошла ли некоторая заданная для конкретной задачи последовательность событий. Механизм проверки осуществлен следующим образом.Сперва создается граф хода выполнения приложения, построенный на протоколе работы приложения. Затем пользователь задает цепи - последовательности событий, которые будут искаться в графе хода выполнения приложения. Следующим шагом является создание p-цепей - это цепи, для которых указаны конкретные задачи, где ожидается возникновение данной последовательности событий. В итоге формируется шаблон поиска - pt-цепи, которые представляют собой логические композиции p-цепей. Если в графе хода выполнения встречается pt-цепь, то считается, что запрос удовлетворен, и возвращается так называемое абстрактное событие - подграф, содержащий встретившиеся экземпляры событий. Эти экземпляры удаляются из графа хода выполнения, и анализ событий продолжается. Если все pt-цепи присутствуют в графе, то тест считается успешно завершенным. Ввиду асинхронности выполнения ошибка может состоять в том, что нарушен порядок возникновения абстрактных событий. Для локализации таких ошибок в Ariadne реализованы следующие соотношения между абстрактными событиями:

• A предшествует B, если существует зависимость некоторого события из B от некоторого события из A;

• A параллельно B, если события в A и в B независимы;

• A перекрывает B, если существует как зависимость события из A от события из B, так и обратная зависимость.

Проверка полученных абстрактных событий на соответствие этим соотношениям позволяет выявлять ошибки, связанные с асинхронностью.

В [26] излагается способ отладки РСРВ посредством моделирования системы сетями Петри с временными ограничениями (timing constraint Petri nets, TCPN). TCPN - это граф ; где P - множество позиций; T - множество переходов; F - множество дуг, соединяющих позиции и переходы; C - множество целочисленных пар (TCmin(pt),TCmax(pt)), где pt может быть и позицией, и переходом; D - множество чисел FIRE(pt), обозначающих время срабатывания pt; и М - множество маркеров.

Говорят, что переход t разрешен, если каждая из входных позиций содержит по крайней мере один маркер. Если к моменту Т0 переход t разрешен, то он может сработать в течении времени от Т0 + ТCmin(t) до T0 + TCmax(t). Переход t сработал успешно, если он продолжался не более FIRE(t) временных единиц, иначе происходит срабатывание других переходов. В случае, когда не срабатывает ни один из переходов, все маркеры остаются на своих местах. Таким образом локализуются ошибки в РСРВ.

Одной из серьезных ошибок, связанных с работой распределенного приложения в системе реального времени, является недетерминированность. Ее суть заключается в том, что при разных запусках приложения при одних и тех же входных данных получаются разные результаты.

В [8] описан подход к обнаружению недетерминированности в системах, использующих в качестве связи между задачами сообщения. В таких системах недетерминированность может быть вызвана либо задержками сообщений, либо сменой алгоритма планирования. Следует отметить, что в приложении может быть специально заложена некая недетерминированность, поэтому нужно такой случай выделять. Предлагается такая стратегия обнаружения ошибочной недетерминированности:

• для каждого сообщения определяется некоторый идентификатор;

• при получении сообщения идентификатор обрабатывается, и создается некоторая, специфическая для получившей задачи, интерпретация сообщения;

• совершается проверка, удовлетворяет ли эта интерпретация некоторому порядку получения сообщений данной задачей. Такой подход позволяет обходить случаи встроенной недетерминированности путем определения одинаковой интерпретации для соответствующих сообщений.

4.3. Способы представления данных

Существуют разные способы представления данных. ([7],[13]). Наиболее распространенный из них - графический. Например, Panorama предоставляет следующие возможности (предполагается, что система использует в качестве механизма связи сообщения):