Predicting Errors in Concurrent Systems

Die Verbreitung von Multikernprozessoren hat die parallele Programmierung allgegenwärtig gemacht. Parallele Programmierung ist schwierig, da sie die Entwicklung auf Grund vielfacher Kontrollflüsse und Nicht-Determinismus fehleranfällig macht. Zusätzlich gibt es neue Arten von Fehlern, wie z.B. Wettläufe, Verklemmungen oder Reihenfolgeverletzung. Diese Fehler sind wegen der großen Anzahl von möglichen Verschränkungen schwer zu finden. Dynamische Analyseansätze führen das Programm aus und untersuchen die beobachtete Ausführung. Dynamische Analyse ist präzise, da sie eine tatsächliche Ausführung mit realen Werten und Zuständen beobachtet. Diese Ansätze erzeugen falsch Negative, wegen nicht erforschter Wege und Verschränkungen. Die unterschiedlichen Verschränkungen treten mit unterschiedlicher Häufigkeit auf, wegen externer Faktoren, wie z.B. Compiler, Prozessor oder Arbeitslast. In dieser Arbeit präsentieren wir einen Ansatz, der Fehler aus einer einzigen Spur eines parallelen Programms vorhersagt. Wir berechnen off-line alternative Verschränkungen, um den Zeitmessungseffekt der beobachteten Ausführung zu reduzieren. Wir bauen ein Modell mit Hilfe einer Prozessalgebra, das die Reihenfolge der Spur verallgemeinert; es extrapoliert mögliche Verschränkungen. Im Modell wird nach verschiedenen Nebenläufigkeitsfehlern gesucht. Ein vorhergesagter Fehler wird von einer Verschränkung begleitet, die in dem Programm erzwungen wird, um den Fehler zu reproduzieren. Der Ansatz wurde für Verklemmungs- und Wettlauferkennung im Vergleich zu anderen dynamischen Ansätzen evaluiert. Die Verringerung von falschen Warnungen bewegt sich im Bereich von 50% bis 86%, mit gleicher oder höherer Präzision. Das vorgestellte Werkzeug und sein Modell sind anpassbar für andere Reihenfolgeverletzungen. Diese Fehler erfordern eine Spezifikation, die die relevanten Ereignisse im Programm definiert und die gültigen oder ungültigen Ordnungen beschreibt. Wir zeigen dieses Vorgehen an sieben Anwendungsbeispielen