Multi-Level Trace Abstraction, Linking and Display

Certains types de problèmes logiciels et de bogues ne peuvent être identifiées et résolus que lors de l'analyse de l'exécution des applications. L'analyse d'exécution (et le débogage) des systèmes parallèles et distribués est très difficile en utilisant uniquement le code source et les autres artefacts logiciels statiques. L'analyse dynamique par trace d'exécution est de plus en plus utilisée pour étudier le comportement d'un système. Les traces d'exécution contiennent généralement une grande quantité d'information sur l'exécution du système, par exemple quel processus/module interagit avec quels autres processus/modules, ou encore quel fichier est touché par celui-ci, et ainsi de suite. Les traces au niveau du système d'exploitation sont un des types de données des plus utiles et efficaces qui peuvent être utilisés pour détecter des problèmes d'exécution complexes. En effet, ils contiennent généralement des informations détaillées sur la communication inter-processus, sur l'utilisation de la mémoire, le système de fichiers, les appels système, la couche réseau, les blocs de disque, etc. Cette information peut être utilisée pour raisonner sur le comportement d'exécution du système et investiguer les bogues ainsi que les problèmes d'exécution. D'un autre côté, les traces d'exécution peuvent rapidement avoir une très grande taille en peu de temps à cause de la grande quantité d'information qu'elles contiennent. De plus, les traces contiennent généralement des données de bas niveau (appels système, interruptions, etc ) pour lesquelles l'analyse et la compréhension du contexte requièrent des connaissances poussées dans le domaine des systèmes d'exploitation. Très souvent, les administrateurs système et analystes préfèrent des données de plus haut niveau pour avoir une idée plus générale du comportement du système, contrairement aux traces noyau dont le niveau d'abstraction est très bas. Pour pouvoir générer efficacement des analyses de plus haut niveau, il est nécessaire de développer des algorithmes et des outils efficaces pour analyser les traces noyau et mettre en évidence les événements les plus pertinents. Le caractère expressif des événements de trace permet aux analystes de raisonner sur l'exécution du système à des niveaux plus élevés, pour découvrir le sens de l'exécution différents endroits, et détecter les comportements problématiques et inattendus. Toutefois, pour permettre une telle analyse, un outil de visualisation supplémentaire est nécessaire pour afficher les événements abstraits à de plus hauts niveaux d'abstraction. Cet outil peut permettre aux utilisateurs de voir une liste des problèmes détectés, de les suivre dans les couches de plus bas niveau (ex. directement dans la trace détaillée) et éventuellement de découvrir les raisons des problèmes détectés. Dans cette thèse, un cadre d'application est présenté pour relever ces défis : réduire la taille d'une trace ainsi que sa complexité, générer plusieurs niveaux d'événements abstraits pour les organiser d'une facon hiérarchique et les visualiser à de multiples niveaux, et enfin permettre aux utilisateurs d'effectuer une analyse verticale et à plusieurs niveaux d'abstraction, conduisant à une meilleure connaissance et compréhension de l'exécution du système. Le cadre d'application proposé est étudié en deux grandes parties : d'abord plusieurs niveaux d'abstraction de trace, et ensuite l'organisation de la trace à plusieurs niveaux et sa visualisation. La première partie traite des techniques utilisées pour les données de trace abstraites en utilisant soit les traces des événements contenus, un ensemble prédéfini de paramètres et de mesures, ou une structure basée l'abstraction pour extraire les ressources impliquées dans le système. La deuxième partie, en revanche, indique l'organisation hiérarchique des événements abstraits générés, l'établissement de liens entre les événements connexes, et enfin la visualisation en utilisant une vue de la chronologie avec échelle ajustable. Cette vue affiche les événements à différents niveaux de granularité, et permet une navigation hiérarchique à travers différentes couches d'événements de trace, en soutenant la mise a l'échelle sémantique. Grâce à cet outil, les utilisateurs peuvent tout d'abord avoir un aperçu de l'exécution, contenant un ensemble de comportements de haut niveau, puis peuvent se déplacer dans la vue et se concentrer sur une zone d'intérêt pour obtenir plus de détails sur celle-ci. L'outil proposé synchronise et coordonne les différents niveaux de la vue en établissant des liens entre les données, structurellement ou sémantiquement. La liaison structurelle utilise la délimitation par estampilles de temps des événements pour lier les données, tandis que le second utilise une pré-analyse des événements de trace pour trouver la pertinence entre eux ainsi que pour les lier. Lier les événements relie les informations de différentes couches qui appartiennent théoriquement à la même procédure ou spécifient le même comportement. Avec l'utilisation de la liaison de la correspondance, des événements dans une couche peuvent être analysés par rapport aux événements et aux informations disponibles dans d'autres couches, ce qui conduit à une analyse à plusieurs niveaux et la compréhension de l'exécution du système sous-jacent. Les exemples et les résultats expérimentaux des techniques d'abstraction et de visualisation proposés sont présentes dans cette thèse qui prouve l'efficacité de l'approche. Dans ce projet, toutes les évaluations et les expériences ont été menées sur la base des événements de trace au niveau du système d'exploitation recueillies par le traceur Linux Trace Toolkit Next Generation ( LTTng ). LTTng est un outil libre, léger et à faible impact qui fournit des informations d'exécution détaillées à partir des différents modules du système sous-jacent, tant au niveau du noyau Linux que de l'espace utilisateur. LTTng fonctionne en instrumentant le noyau et les applications utilisateur en insérant quelques points de traces à des endroits différents.