基于国产多核处理器的应用程序确定性在线重放技术研究

发布时间：2017-05-11 14:14

  本文关键词：基于国产多核处理器的应用程序确定性在线重放技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文研究确定性重放技术。确定性重放,也称记录重放,这种技术从第三方的角度跟踪程序运行过程,记录关键信息,依据这些信息重现该次执行过程。围绕国产多核处理器可靠性展开的研究已取得若干成果,包括进程级冗余检错,操作系统回卷恢复等。解决了单线程数值计算程序的瞬态故障容错问题。多线程和非数值计算程序反复执行常常产生不同的结果。对这两类程序,多次执行比对结果的检错方法不适用。本文意在通过记录重放消除这两类程序执行结果的不确定性。既可以扩展已有的检错方案的适用范围,也可以更有效的利用冗余副本进行故障恢复,还能极大的方便调试过程。记录重放技术一直受到系统研究者的关注,除了容错,在调试,系统结构性能模拟,入侵检测等领域也有用武之地。目前已经出现了针对单线程应用程序的记录重放工具,对于多线程程序尚无完整的解决方案。本文从不确定性因素入手,考察这些因素的来源和对程序执行结果的影响。广泛阅读相关论文,了解现有研究中记录重放的实现方法和能够达到的精确程度。讨论了在线重放技术在容错中发挥的作用及其优点。以对应用程序透明为设计出发点,为承接已有的国产多核处理器可靠性研究成果,从操作系统角度设计记录重放方案。以Scribe为参考,根据是否影响操作系统状态将系统调用分为两类,分别讨论了日志记录的内容,重放阶段执行过程和实现思路。研究了Linux操作系统中信号的产生,发送和处理过程,阐述了为记录共享内存写操作准备的CREW协议,分析了二者在实现中遇到的问题。以getpid为例,在常见x86平台上设计实现了系统调用的记录重放,再将其移植到龙芯3A平台上。通过实验验证了功能的正确性,分析了该方案的性能损耗。本文所做的分析,设计和实验可作为记录重放技术后续研究的参考。
【关键词】：确定性 记录重放 多核处理器 瞬态故障容错
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP332
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义9-11
• 1.1.1 课题背景9
• 1.1.2 研究目的和意义9-11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.2.1 国外研究现状11-14
• 1.2.2 国内研究现状14
• 1.2.3 国内外文献综述的简析14-15
• 1.3 本文的主要研究内容15-17
• 第2章MIPS体系结构和记录重放技术17-30
• 2.1 MIPS体系结构17-21
• 2.1.1 寄存器使用约定18
• 2.1.2 地址空间映射18-21
• 2.1.3 精确异常21
• 2.2 记录重放技术21
• 2.3 在线重放21-23
• 2.4 确定性模型23-28
• 2.4.1 不确定性来源23-24
• 2.4.2 确定性程度24-25
• 2.4.3 确定性重放实现方法分类25-26
• 2.4.4 信号的不确定性26-27
• 2.4.5 共享内存的不确定性27-28
• 2.5 本章小结28-30
• 第3章 系统调用记录重放设计与实现30-40
• 3.1 记录重放总体流程30-31
• 3.2 系统调用记录重放方法31-33
• 3.3 记录重放启动程序的设计与实现33-35
• 3.4 拦截系统调用35-39
• 3.4.1 拦截点确定35-36
• 3.4.2 修改系统调用的风险36-37
• 3.4.3 确定系统调用表地址和getpid偏移37-38
• 3.4.4 替换后的系统调用工作流程38-39
• 3.4.5 修改系统调用表39
• 3.5 本章小结39-40
• 第4章 基于龙芯 3A平台的记录重放实现与验证40-54
• 4.1 软硬件平台40
• 4.2 实验环境配置40-42
• 4.3 记录重放的实现42-49
• 4.3.1 记录重放内核模块的编写43-45
• 4.3.2 确定sys_call_table的地址45-47
• 4.3.3 确定getpid的地址47-48
• 4.3.4 确定应用程序使用的sys_call_table48-49
• 4.4 功能验证49-51
• 4.5 性能损耗分析51-53
• 4.6 本章小结53-54
• 结论54-55
• 参考文献55-59
• 攻读硕士学位期间发表的论文59-61
• 致谢61

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 刘磊;黄河;唐志敏;;支持多核并行程序确定性重放的高效访存冲突记录方法[J];计算机研究与发展;2012年01期

2 李晓明;王韬;刘东;杜江凌;;走进多核时代[J];计算机科学与探索;2008年06期

  本文关键词：基于国产多核处理器的应用程序确定性在线重放技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：357420