[發(fā)明專利]一種動態(tài)探針方法及其在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710028580.5
• 申請日: 2007-06-14
• 公開（公告）號: CN101067798A
• 公開（公告）日: 2007-11-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉發(fā)貴;宋瀟豫;吳慶波
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué);廣東美泰科技有限公司
• 主分類號: G06F11/36
• 分類號: G06F11/36
• 代理公司: 廣州粵高專利代理有限公司
• 代理人: 何淑珍

?????????????????????????????????技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于計算機性能分析技術(shù)。具體地說，本發(fā)明涉及一種基于動態(tài)探測技術(shù)的動態(tài)探針實現(xiàn)方法，以及動態(tài)探針在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用，以動態(tài)收集嵌入式系統(tǒng)的性能信息。

?????????????????????????????????技術(shù)背景

隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展，嵌入式應(yīng)用的不斷增長以及嵌入式系統(tǒng)復(fù)雜性不斷提高，導(dǎo)致嵌入式軟件的規(guī)模和復(fù)雜性也不斷提高，有限的硬件資源和功能越來越強的需求依然是嵌入式軟件開發(fā)領(lǐng)域的主要矛盾，嵌入式軟件必須做到精簡高效、穩(wěn)定可靠。嵌入式軟件的質(zhì)量和開發(fā)周期對產(chǎn)品的最終質(zhì)量和上市時間起到?jīng)Q定性的影響，這使得嵌入式軟件的開發(fā)、分析與測試成為了研究的熱點，而上述問題的基礎(chǔ)在于對嵌入式系統(tǒng)性能信息的探測和收集。如何設(shè)計和實現(xiàn)一種新的性能信息探測和收集方法，完整準(zhǔn)確高效收集嵌入式系統(tǒng)的性能信息已經(jīng)迫在眉梢。

從性能數(shù)據(jù)的收集方式的角度來分類，可將目前主流的性能數(shù)據(jù)收集方式分成兩大類，采樣技術(shù)和探測技術(shù)。其中探測技術(shù)又分為靜態(tài)探測技術(shù)和動態(tài)探測技術(shù)。

使用采樣技術(shù)測量系統(tǒng)性能，首先需要周期性中斷應(yīng)用程序，獲取當(dāng)前程序計數(shù)器的值，累計一段時間之后，通過統(tǒng)計分析就可以得到有關(guān)性能的精確結(jié)果，從而知道程序的熱點所在。這種性能測量的方法很簡單，不需要增加額外的探測代碼，而且對系統(tǒng)的性能干擾很少。目前市場上覆蓋測試工具gcov，性能分析工具gprof、VTune等工具都是系統(tǒng)級或者用戶級的采樣工具。采樣技術(shù)實現(xiàn)簡單，但是存在一定的缺陷。首先，采樣技術(shù)建立在中斷機制的基礎(chǔ)之上，不精確的中斷機制將會導(dǎo)致不能正確分配指令引起的事件，導(dǎo)致采樣失真；其次，采樣的量度是固定的，使得采樣受限制于采樣點，僅僅適合于針對某一特殊目的的有限的性能分析；采樣的時間標(biāo)準(zhǔn)受限制，因而只能反映采樣進(jìn)程活躍的時間，當(dāng)發(fā)生了進(jìn)程切換的時候，時間記錄有可能被誤記。采樣是定時執(zhí)行的，需要額外訪問系統(tǒng)的定時器，且頻繁使用中斷，開銷較大。采樣只能描述統(tǒng)計信息，提供系統(tǒng)快照，無法刻畫進(jìn)程間交互信息，不能理解和觀測系統(tǒng)動態(tài)狀況。

靜態(tài)探測技術(shù)通常是直接在程序源代碼中的特定位置插入顯式的測量代碼，以生成性能信息。使用這種方法獲取性能信息時，需要重新對程序的源代碼進(jìn)行編譯，然后運行新編譯的源程序。在程序性能分析的過程中，靜態(tài)探測方式首先將用于性能分析的補丁代碼添加進(jìn)應(yīng)用程序源代碼，然后重新配置編譯源碼，之后運行編譯生成的可執(zhí)行程序，程序運行之后就可獲得性能分析信息。著名的內(nèi)核探測工具LTT(Linux?Trace?Toolkit)就是采用靜態(tài)探測技術(shù)實現(xiàn)的。靜態(tài)探測技術(shù)通常是生成永久保存的性能信息文件以搜集性能數(shù)據(jù)，方便和利用其他的數(shù)據(jù)分析工具進(jìn)行分析。但是靜態(tài)探測技術(shù)存在一些問題。首先，添加增量代碼添加了代碼開銷和執(zhí)行開銷，當(dāng)探測不斷需要精確化的時候，總是需要重新編譯和運行應(yīng)用程序。而且為了避免開銷過大，不適宜定義過多的探測點。因此記錄事件的范圍收到了限制，記錄信息的全面性和詳細(xì)性都有所欠缺，不能完全反應(yīng)系統(tǒng)行為。靜態(tài)探測的方法在靈活性上也有所缺乏，他探測的需求變化的時候，需要對探測操作進(jìn)行重新定義。

與靜態(tài)探測技術(shù)不同，采用動態(tài)探測方式對系統(tǒng)性能數(shù)據(jù)進(jìn)行采集的時候不需要對程序的源代碼預(yù)先修改，編寫應(yīng)用程序的時候不需要考慮將來做性能分析時是否要插入動態(tài)探測點，即探測點的定義、插入和刪除等等的操作和應(yīng)用程序源碼的編寫完全無關(guān)。在進(jìn)行性能分析的時候，使用某種方式記錄需要插入探測點的地址以及對應(yīng)該探測點所定義的處理方式，程序源代碼不需要做任何的改動。只有當(dāng)被測試程序調(diào)入系統(tǒng)內(nèi)存中準(zhǔn)備運行的時候，才利用相關(guān)的技術(shù)，動態(tài)修改代碼，從而達(dá)到收集相關(guān)信息的目的。IBM的Dprobes技術(shù)就是采用動態(tài)探測技術(shù)，在執(zhí)行代碼的模塊中動態(tài)插入軟件探針以收集相關(guān)信息。動態(tài)探測技術(shù)克服了靜態(tài)探測技術(shù)的缺點，但是完全采用動態(tài)探測機制時，激活大量的探測點需要很大的開銷，而且動態(tài)探測機制對正確性的要求很高，一旦誤用，會導(dǎo)致系統(tǒng)的崩潰。

而對于嵌入式系統(tǒng)的性能分析技術(shù)上，目前嵌入式性能分析大多采用采樣方式或者靜態(tài)探測的方法收集性能數(shù)據(jù)。

?????????????????????????????????發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種動態(tài)探針的方法，提高數(shù)據(jù)收集的正確性、精確性以及完備性，使之能高效、穩(wěn)定地運行目標(biāo)機平臺。