【摘要】：隨著多核處理器的廣泛應(yīng)用,程序設(shè)計中并發(fā)技術(shù)的研究受到了極大的推動。由于并發(fā)程序本身的非確定性性質(zhì),檢測、處理并發(fā)錯誤非常困難,所以并發(fā)程序的正確性很難得到良好的保證。一般來說在編譯時檢測并發(fā)錯誤并在程序運(yùn)行時防止并發(fā)錯誤的發(fā)生是一項(xiàng)很重要的工作。在過去的幾十年間,對于并發(fā)程序的容錯機(jī)制已經(jīng)有大量的研究工作。特別是相對于鎖的性能和復(fù)雜性,相關(guān)的研究者提出了在軟件和硬件機(jī)制上通過事務(wù)機(jī)制實(shí)現(xiàn)同步從而實(shí)現(xiàn)容錯。相對于鎖而言,軟件事務(wù)內(nèi)存機(jī)制[1]比較簡單(不用通過鎖來保證原子性),而且實(shí)現(xiàn)上更高效。對于原子性而言,軟件事務(wù)內(nèi)存能夠?qū)ζ涮峁┤蒎e支持,然而,這一容錯支持同樣依賴于程序員所聲明的原子塊:當(dāng)程序員所聲明的原子塊無法保證并發(fā)程序的正確性時,依然需要分析、測試等手段對其進(jìn)行檢測。目前的研究工作還不能很好的檢測并發(fā)程序中的各種錯誤并在程序運(yùn)行過程中處理它們,防止由于程序出錯所帶來的嚴(yán)重后果。 考慮到并發(fā)程序中常見錯誤的類型,本文提出了針對并發(fā)程序中常見錯誤的容錯機(jī)制,通過將并發(fā)錯誤作為如除數(shù)為零一樣的異常來處理,使得程序在發(fā)生異常之后可以采用基于回滾的方式實(shí)現(xiàn)容錯。該課題的目的在于提供針對并發(fā)錯誤的異常處理的設(shè)計框架,并在Java語言上進(jìn)行實(shí)現(xiàn),提高程序的容錯性能。當(dāng)前還沒有相關(guān)的研究工作將并發(fā)錯誤作為程序異常來處理,從而擴(kuò)展程序的異常處理機(jī)制,本文課題在研究工作中的創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個方面: (1)程序的靜態(tài)分析及插裝:通過對程序的靜態(tài)分析識別出線程 間公共變量,對公共變量的讀寫操作進(jìn)行代碼插裝; (2)程序動態(tài)分析:主要體現(xiàn)在動態(tài)檢測并發(fā)程序錯誤上,通過記錄程序運(yùn)行過程中線程間公共變量讀寫的序列,然后匹配原子性違例的錯誤模式來發(fā)現(xiàn)并發(fā)錯誤,這一算法思想使得在運(yùn)行時開銷上很低,相比當(dāng)前相關(guān)研究工作的算法存在很大優(yōu)勢; (3)異常處理機(jī)制:把并發(fā)錯誤作為異常處理的想法在相關(guān)研究工作中是首創(chuàng)的,并提供了異于以往并發(fā)錯誤處理的方式,允許程序員根據(jù)得到的異常信息自定義異常處理方式,提高了程序的容錯性能,也提高了處理并發(fā)錯誤的靈活性。
[Abstract]:With the wide application of multi-core processors, the research of concurrency technology in program design has been greatly promoted. Because of the non-deterministic nature of concurrent programs, it is very difficult to detect and handle concurrent errors, so the correctness of concurrent programs can hardly be guaranteed. Preventing concurrent errors from occurring at row-time is an important task. In the past few decades, a lot of research has been done on the fault-tolerant mechanism of concurrent programs. Software transactional memory mechanism [1] is simpler for locks (no locks are required to guarantee atomicity) and more efficient for implementation. Software transactional memory can provide fault-tolerant support for atomicity, but this fault-tolerant support also depends on the atomic block declared by the programmer: when the atomic block declared by the programmer is not available To ensure the correctness of concurrent programs, it is still necessary to analyze and test them. Current research work can not detect all kinds of errors in concurrent programs and deal with them in the process of program running to prevent serious consequences caused by program errors.
Considering the types of common errors in concurrent programs, this paper proposes a fault tolerance mechanism for common errors in concurrent programs. By treating concurrent errors as exceptions such as divisor zero, the program can implement fault tolerance based on rollback after exceptions occur. At present, there is no related research work to deal with concurrent errors as program exceptions, so as to extend the exception handling mechanism of programs. The innovation of this paper is mainly reflected in the following aspects:
(1) static analysis and instrumentation of programs: identification of threads by static analysis of programs.
A common variable is code insertion for read and write operations of public variables.
(2) Program dynamic analysis: It is mainly reflected in the dynamic detection of concurrent program errors, by recording the sequence of common variables read and write between threads during the running process of the program, and then matching the error patterns of atomic violations to find concurrent errors. The idea of this algorithm makes the runtime cost very low, compared with the current related research work of the algorithm storage. It has great advantages.
(3) Exception handling mechanism: The idea of taking concurrent errors as exception handling is pioneered in related research work, and provides a different way from the previous concurrent error handling, allowing programmers to customize exception handling methods according to the obtained exception information, improving the fault tolerance performance of the program, and improving the flexibility of handling concurrent errors.
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TP332

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本文編號：2234313