Jahresbericht informatik 2009 - KIT – Fakultät für Informatik

Die Institute der Fakultät und ihre Forschungsvorhaben
Dynamische Wettlauferkennung: Helgrind+
(A. Jannessari Ladani)
Heutzutage ist die Fehlersuche und im Besonderen die Wettlauferkennung in parallelen
Programen sehr bedeutsam. In jüngster Vergangenheit wurden verschiedene Paradigmen
und Bibliotheken für die parallele Programmierung eingeführt, wodurch Programmierer in
die Lage versetzt werden, ihre Programme für parallele Plattformen zu entwickeln. Nach
wie vor besteht jedoch ein großer Mangel an fortgeschrittenen und zuverlässigen
Werkzeugen für die Wettlauferkennung. Heutzutage erkennen Werkzeuge zu viele vermeintliche
Fehler. In manchen Fällen verpassen sie sogar Wettläufe, so dass auf den Einsatz
solcher Werkzeuge verzichtet wird.
Hauptsächlich liegen diese Probleme daran, dass die Werkzeuge gar nicht alle
Synchronisierungen in Programmen erkennen können. Dazu zählen unter anderem benutzerdefinierte
Synchronisierungen oder Synchronisierungsprimitiven in Bibliotheken, die
dem Werkzeug unbekannt sind und somit nicht gefunden werden können.
Wir haben das Werkzeug Helgrind+ entwickelt, ein universeller, dynamischer
Wettlauferkenner basierend auf dem Lockset-Algorithmus und der „Geschieht-vor“-
Relation. Diese Analyse eliminiert die erwähnte Unzulänglichkeit. Helgrind+ berücksichtigt
die Tatsache, dass die Synchronisierungsoperationen letztendlich einfache
Warteschleifen (engl. Spin Locks) verwendet , die auf das Eintreffen eines Ereignisses wartet.
Deswegen kann Helgrind+ verschiedene Synchronisierungsoperationen detektieren, die
in Programmen vorkommen. Unsere empirischen Ergebnisse zeigen, dass Helgrind+ für
real bestehende Applikationen praktikabel ist und sowohl die Zahl vermeintlicher Fehler
als auch die Zahl verpasster Weltläufe deutlich verringert.
Echtzeitwettlauferkennung mit TachoRace
(J. Schimmel, V. Pankratius)
Dynamische Wettlauferkenner bremsen die Geschwindigkeit einer parallelen Anwendung
oft deutlich aus, da sie alle Speicherzugriffe einzeln überwachen. Darüber hinaus treten
viele Wettlaufsituationen erst zur Laufzeit im Produktivbetrieb auf. Wir haben explorativ
mehrere Ansätze evaluiert, die Wettlauferkennung und Fehlerkorrektur während der
Programmlaufzeit ermöglichen. Es wurde ein erster Prototyp namens TachoRace implementiert.
Spracherweiterungen zur Entwicklung von Multicore-Applikatione
(F. Otto, V. Pankratius)
Die Entwicklung paralleler, performanter Software ist bisher ein schwieriges und fehleranfälliges
Unterfangen. Vorherrschende Programmiersprachen wie C++ oder Java bieten
Parallelität meist nur auf niedriger Abstraktionsebene in Form von Ausführungsfäden.
Damit besteht zum einen ein hohes Risiko an schwer zu findenen Synchronisierungsfehlern,
zum anderen gestaltet sich der Prozess der Performanzoptimierung sehr aufwändig. Um
dieses Problem zu lösen, werden am Lehrstuhl Spracherweiterungen für das objektorien-
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