[发明专利]监控数据处理设备和概括监控数据

说明书

技术领域

本发明涉及数据处理领域，具体地涉及数据处理系统的监控。

背景技术

数据处理设备正变得越来越复杂，因此，不提取和分析大量数据，将 越来越难分析它们的性能，不管是为了最佳化还是发现故障。

而且，数据处理设备越来越多地具有多个处理器。这些多个处理器常 常访问相同的数据存储装置，因此，在一个处理器在与另一个处理器访问 某一存储的变量的时间大致相同的时间写入到该存储的变量的场合下，出 现竞争条件问题。由于在处理器之间的不足的同步，将出现这样的问题。

当调节多处理器系统的性能时将出现不同但相关的问题。程序员需要 明白由于例如总线竞争在不同的处理器上在同一时间运行两段代码的性 能暗示。

而且，重要的是能够检验函数只在它们的许可范围内访问存储器的某 些部分，而不在这个范围以外访问存储器。

检验竞争条件的一个已知的方法是通过动态竞争检测机制，例如，在 Savage等人的“Eraser：a dynamic data race detector for multithreaded programs”，ACM transactions on computer Systems(TOCS)卷15，号4， 1997年11月，第391-411页，1997中描述的擦除器系统。擦除器系统修改 它正在监控的程序，以便监控每个共享的存储器参考和验证观察到一致的 锁定行为。诸如这样的运行时间修改具有与其有关的两个问题。首先，它 可以引起很大的减慢(擦除器典型地使得系统变慢到原来的1/30到1/10)， 因此它不能在实时系统中应用，其次，它修改软件，因此它不能被使用来 检测通过与加速器交互而引起的问题，即所述加速器或者是不可编程的(例 如，DMA控制器)或者没有足够丰富的指令组来表示监控代码，或者是在 因为实际的或法律的原因不能修改代码的场合下。

检验竞争条件的另一个方法是通过静态竞争检测机制，例如，由 Detlefs等人在HP实验室技术报告SRC-RR-159中描述的“Extended Static Checking(扩展的静态检验)”(ESC)http://www.hpl.hp.com/techreports/compaq-DEC/SRC-RR-159.HTML；和在Engels等人的“Checking System Rules Using System-Specific，Programmer-Written Compiler Extensions”， Proceedings of the 4^th Symposium on Operating system Design and Implementation中描述的MC系统。

这两个静态方法都通过执行对程序的静态分析而工作，目的是检测在 程序中的大多数竞争条件，而不是证明它们是不存在的。MC是通过检验 在获取锁和释放锁时程序员遵循所建立的(人工验证的)惯用语而工作，而 ESC执行关于程序的更深的推理，它也可以检测诸如超过阵列边界写入那 样的问题。静态分析避免与动态检测相关联的开销，但它不能发现动态检 测可以抓住的某些竞争条件。此外，静态分析工具通常只支持有限的锁定 协定组，而当使用不同的锁定协定时不能进行检测(或报告许多错误肯定)。

有许多可用的工具，用于对处理系统进行简要描述，以便提供它的性 能的指示。例如，许多操作系统具有工具，这些工具产生显示每个CPU 有多忙、有多少存储器在使用中、和这些数目如何随时间变化的图。

这些简要描述工具可以依赖于由系统硬件提供的性能计数器。例如， 大多数现代处理器可以对事件进行计数，如所执行的指令的数目或缓存遗 漏的数目。这些计数器典型地以两个模式被使用。在一个模式中(我们将把 它称为“单触发模式”)，程序员(或工具)修改程序，在任务开始时打开计数 器，并在任务结束时读出计数器数值。这个数值呈现给用户或先被存储， 在以后的时间点再呈现给用户。在另一个模式中(我们把它称为“周期采样 ”)，周期性中断触发一个库，来读出性能计数器和把数值流出到存储装置， 用于以后检查。它们例如可被显示为图。

在两种情形下，需要处理器读出当前的计数器数值。这个要求使得该 过程受侵害(测量动作可能会毁坏结果)。它也对负责读取性能计数器的处 理器施加开销，这最终限制进行测量的粒度和还可能限制精度。