Опубликован: 06.12.2004 | Доступ: свободный | Студентов: 1096 / 126 | Оценка: 4.76 / 4.29 | Длительность: 20:58:00
ISBN: 978-5-9556-0021-5
Лекция 8:

Трассировка пользовательских приложений

Аннотация: Представлены основные идеи, понятия и объекты, ассоциированные с трассировкой пользовательских приложений. Обращено внимание на особенности трассировки приложений реального времени. Детально рассмотрены функции трассировки.
Ключевые слова: трассировка, событие, ПО, трассируемый процесс, целевой процесс, трассирующий процесс, процесс, управляющий трассировкой, процесс, анализирующий данные трассировки, поток трассировки, программа, точка трассировки, система трассировки, минимизация, сброс потока трассировки в журнал, пользовательское событие, системное событие, тип события, имя события, идентификатор типа события, таблица, анализ, начало трассировки, приостановка трассировки, переполнение, ошибка трассировки, значение, приложение, конфигурационные константы, фильтрация, переключение контекста, фильтр, смена фильтра, поле, адрес, системный сервис, усечение данных трассировки, чтение события трассировки, буфер, идентификатор, поток, заполнение, пространство, свободное пространство, потеря информации, место, информация, создание потока трассировки, атрибут, атрибутный объект, разрешающая способность часов, временной штамп, правила обработки ситуации заполнения, наследование трассировки порожденными процессами, максимальный размер журнала трассировки, журнал трассировки, порожденный процесс, поведение приложения, объектно-ориентированный подход, итератор, функциональная группа, опрос, представление, атрибутный объект потоков трассировки, создание атрибутных объектов, уничтожение атрибутных объектов, функция, идентификация потока трассировки, символьный массив, длина, поведенческий атрибут, spawn, очистка потока трассировки, размер события, размер данных, ассоциированных с событием, расходы, Размещение, цикла, активный, идентификатор потока трассировки, контроль прав доступа, файловый дескриптор, статус потока трассировки, завершение трассировки, освобождение ресурсов, закрытие журнала трассировки, аргумент, операции, опрос атрибутов потока трассировки, очистка журнала трассировки, объединение, множества, разность, множество событий трассировки, пустое множество событий, массив, unavailability, системы реального времени, вызов функции, очередь, открытие журнала трассировки, данные, ассоциированные с событием, байт, длительность ожидания, целевая платформа, критический интервал, мьютекс

Основные идеи, понятия и объекты

Под трассировкой в стандарте POSIX-2001 понимается порождение, накопление и анализ данных о событиях, имевших место при выполнении пользовательского приложения.

Применительно к приложениям реального времени трассировка помогает достичь по крайней мере трех целей:

  • оптимизировать структуру приложения на основе анализа трассировочных данных (например, попытаться сгладить пики активности, распределить нагрузку равномерно по времени);
  • отладить приложение (традиционные интерактивные отладчики могут быть неприменимы к приложениям реального времени);
  • выявить причину аварийного завершения работы приложения (обнаружить место и первые признаки ненормального поведения).

С логической точки зрения в трассировке (в том виде, как она рассматривается в стандарте POSIX-2001) участвуют три процесса (физически они могут совпадать между собой):

  • трассируемый ( целевой );
  • трассирующий ( управляющий трассировкой );
  • анализирующий данные трассировки.

Сведения о действиях, производимых при выполнении приложения, фиксируются в виде объектов данных, называемых событиями трассировки (или, для краткости, просто событиями ). События записываются в потоки трассировки, которые содержат также служебные данные, необходимые для интерпретации событий .

Трассируемый процесс должен быть специальным образом оборудован: его программа должна содержать точки трассировки – действия, способные генерировать события   трассировки. Для каждого трассируемого процесса должен быть открыт по крайней мере один поток трассировки.

Процесс, создавший поток трассировки, называется трассирующим ( управляющим трассировкой ).

Анализирующим называется процесс, извлекающий события   трассировки из потока с целью получения информации о поведении трассируемого приложения.

Одним из главных требований к системе трассировки является минимизация накладных расходов. Чтобы выполнить это требование, потоки трассировки, как правило, хранят только в оперативной памяти. Если нужно получить стабильную копию потока для последующего анализа, его следует сбросить в журнал трассировки, располагающийся в долговременной памяти.

События   трассировки подразделяются на две категории:

  • пользовательские ;
  • системные.

Пользовательские события генерируются при вызове функции posix_trace_event().

Системные события генерируются реализацией в ответ на действия ОС или приложения. Отметим, что в первом случае событие не ассоциировано с каким-либо процессом.

У событий   трассировки есть типы и имена, между которыми устанавливается взаимно-однозначное соответствие (вообще говоря, свое для каждого потока). Удобочитаемые имена предназначены для человека; в потоке трассировки хранятся идентификаторы типов событийтаблица соответствия имен и идентификаторов типов).

В стандарте POSIX-2001 специфицированы следующие типы   системных событий, анализ которых помогает интерпретировать поток трассировки.

POSIX_TRACE_START

Начало трассировки.

POSIX_TRACE_STOP

Приостановка трассировки.

POSIX_TRACE_OVERFLOW

Возникновение ситуации переполнения   потока трассировки.

POSIX_TRACE_RESUME

Устранение ситуации переполнения   потока трассировки.

POSIX_TRACE_FLUSH_START

Начало сброса потока трассировки в журнал.

POSIX_TRACE_FLUSH_STOP

Завершение сброса потока трассировки в журнал.

POSIX_TRACE_ERROR

Ошибка трассировки, зависящая от реализации.

Стандартизован также один тип   пользовательских событийPOSIX_TRACE_UNNAMED_USEREVENT. Это значение возвращается, когда приложение пытается зарегистрировать больше имен событий, чем допускается в соответствии со значением конфигурационной константы TRACE_USER_EVENT_MAX.

Стандартом POSIX-2001 предусмотрен механизм фильтрации, позволяющий отключить генерацию событий определенных типов и, тем самым, уменьшать объем трассировочных данных. Это полезно, например, в ситуациях, когда у приложения есть заведомо "неинтересные" фрагменты, трассировать которые нет смысла, или многочисленные системные события (такие, например, как переключение контекстов), "неинтересные" с точки зрения приложения.

Фильтр устанавливает трассирующий процесс. По умолчанию события не фильтруются.

При смене фильтра генерируется системное событие   POSIX_TRACE_FILTER.

Ключевыми элементами реализации средств трассировки являются описанные в заголовочном файле <trace.h> структуры posix_trace_event_info и posix_trace_status_info. Первая специфицирует формат событий, вторая – данные, хранящиеся в потоке трассировки.

Согласно стандарту POSIX-2001, структура типа posix_trace_event_info должна содержать по крайней мере следующие поля.

trace_event_id_t     posix_event_id;     
    /* Идентификатор типа события     */ 
pid_t     posix_pid;     
    /* Идентификатор трассируемого процесса */ 
void     *posix_prog_address;     
    /* Адрес точки трассировки */ 
int     posix_truncation_status; 
    /* Признак усечения данных */
struct timespec     posix_timestamp;     
    /* Временной штамп события */
pthread_t     posix_thread_id;     
    /* Идентификатор трассируемого потока управления */

Смысл некоторых полей, вероятно, нуждается в пояснении.

Если, в соответствии с типом (поле posix_event_id ) событие является системным и не ассоциировано с каким-либо процессом, значение posix_pid должно быть нулевым.

Для пользовательских событий в поле posix_prog_address помещается адрес вызова posix_trace_event(); для системных, сгенерированных в результате явного обращения приложения к системному сервису (такому, например, как fork() ), в этом поле находится адрес вызова системного сервиса.

В поле posix_truncation_status хранится признак того, были ли данные усечены при генерации или чтении события. Возможных значения три:

POSIX_TRACE_NOT_TRUNCATED

Доступны все данные, ничего не усечено.

POSIX_TRACE_TRUNCATED_RECORD

Данные усечены при генерации.

POSIX_TRACE_TRUNCATED_READ

Данные усечены при чтении (буфер оказался мал). Это значение подавляет признак усечения при генерации.

В поле posix_timestamp помещается время генерации события. Выбор используемых для этого часов осуществляется реализацией.

Поле posix_thread_id по смыслу и трактовке близко к posix_pid, только в нем хранится идентификатор потока, а не процесса (если, конечно, реализация поддерживает потоки).

Павел Храмцов
Павел Храмцов
Россия
Денис Комаров
Денис Комаров
Россия, Москва