Débogage des systèmes embarqués multiprocesseur basé sur la ré-exécution déterministe et partielle

Deterministic and partial replay debugging of multiprocessor embedded systems

• Auteur / Autrice : Kiril Georgiev
• Direction : Jean-François Méhaut, Vania Marangozova, Miguel Santana
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 04/12/2012
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences et technologies de l'information, informatique (Grenoble ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'informatique de Grenoble
• Jury : Président / Présidente : Philippe Olivier A. Navaux
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre Sens, Smaïl Niar

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes embarqués (informatique)

Mots clés libres

Applications embarqués

Debogage

Traçage

Re-Exécution

Observation

Environnements de programmation multiprocesseur composants

Embeded systems

Debugging

Tracing

Replay

Profiling

Observation

Parallel programming

Programming models

Résumé

Les plates-formes MPSoC permettent de satisfaire les contraintes de performance, de flexibilité et de consommation énergétique requises par les systèmes embarqués émergents. Elles intègrent un nombre important de processeurs, des blocs de mémoire et des périphériques, hiérarchiquement organisés par un réseau d'interconnexion. Le développement du logiciel est réputé difficile, notamment dû à la gestion d'un grand nombre d'entités (tâches/threads/processus). L'exécution concurrente de ces entités permet d'exploiter efficacement l'architecture mais complexifie le processus de mise au point et notamment l'analyse des erreurs. D'une part, les exécutions peuvent être non-déterministes notamment dû à la concurrence, c'est à dire qu'elles peuvent se dérouler d'une manière différente à chaque reprise. En conséquence, il n'est pas garanti qu'une erreur se produirait durant la phase de mise au point. D'autre part, la complexité de l'architecture et de l'exécution peut rendre trop important le nombre d'éléments à analyser afin d'identifier une erreur. Il pourrait donc être difficile de se focaliser sur des éléments potentiellement fautifs. Un des défis majeurs du développement logiciel MPSoC est donc de réduire le temps de la mise au point. Dans cette thèse, nous proposons une méthodologie de mise au point qui aide le développeur à identifier les erreurs dans le logiciel MPSoC. Notre premier objectif est de déboguer une même exécution plusieurs fois afin d'analyser des sources potentielles de l'erreur jusqu'à son identification. Nous avons donc identifié les sources de non-déterminisme MPSoC et proposé des mécanismes de ré-exécution déterministe les plus adaptés. Notre deuxième objectif vise à minimiser les ressources pour reproduire une exécution afin de satisfaire la contrainte MPSoC de maîtrise de l'intrusion. Nous avons donc utilisé des mécanismes efficaces de ré-exécution déterministe et considéré qu'une partie du comportement non-déterministe. Le troisième objectif est de permettre le passage à l'échelle, c'est à dire de déboguer des exécutions caractérisées par un nombre d'éléments de plus en plus croissant. Nous avons donc proposé une méthode qui permet de circonscrire et de déboguer qu'une partie de l'exécution. De plus, cette méthode s'applique aux différents types d'architectures et d'applications MPSoC.

MPSoC platforms provide high performance, low power consumption and flexi-bility required by the emerging embedded systems. They incorporate many proces-sing units, memory blocs and peripherals, hierarchically organized by interconnec-tion network. The software development is known to be difficult, namely due to themanagement of multiple entities (tasks/threads/processes). The concurrent execu-tion of these entities allows to exploit efficiently the architecture but complicatesthe refinement process of the software and especially the debugging activity. Onthe one hand, the executions of the software can be non-deterministic, namely dueto the concurrency, i.e. they perform differently each time. Consequently, thereis no guaranties that an error will occur during the debugging activity. On theother hand, the complexity of the architecture and the execution can increase theelements to be analyzed in the debugging process. As a result, it can be difficultto concentrate on the potentially faulty elements. Therefore, one of the most im-portant challenges in the development process of MPSoC software is to reduce thetime of the refinement process.In this thesis, we propose a new methodology to refine the MPSoC softwarewhich helps the developers to do the debugging activity. Our first objective is tobe able to debug the same execution several times in order to analyze potentialsources of the error. To do so, we identified the sources of non-determinism in theMPSoC software executions and propose the most appropriate methods to recordand replay them. Our second objective is to reduce the execution overhead requi-red by the record mechanisms to limit the intrusiveness which is an importantMPSoC constraint. To accomplish this objective, we consider a part of the non-deterministic behaviour and selected efficient record-replay methods. The thirdobjective is to provide a scalable solution, i.e. to be able to debug more and morecomplex executions, characterized by an increasing number of elements. Therefore,we propose a partial replay method which allows to isolate and debug a fraction ofthe execution elements. Moreover, this method applies to different types of archi-tectures and applications MPSoC.