Low-Impact System Performance Analysis Using Hardware Assisted Tracing Techniques

Les applications modernes sont difficiles à diagnostiquer avec les outils de débogage et de profilage traditionnels. Dans les systèmes de production, la première priorité est de minimiser la perturbation sur l'application cible. Les outils de traçage sont très appropriés pour l'étude des performances de tels systèmes car les événements sont enregistrés et l'analyse se fait a posteriori. Une des principales exigences des systèmes de traçage est le faible surcoût. L'activation d'un nombre réduit d'événements aide à respecter cette exigence, mais au prix de la diminution de la granularité de la trace. Dans cette thèse, nous présentons notre travail de recherche qui traite du problème de la granularité limitée des traces en maintenant un faible surcoût sur les applications cibles. Nous présentons de nouvelles techniques et algorithmes qui abordent le problème en se basant d'abord sur une approche de filtrage logiciel et de traçage coopératif, puis en explorant des mécanismes plus avancés de traçage matériel. Nous avons proposé une approche efficace de traçage conditionnel dans l'espace noyau et utilisateur qui se base sur des mécanismes de filtrages compilés en code natif. Afin d'atteindre l'objectif d'avoir une trace détaillée du système, nous expliquons que les processeurs modernes contiennent des blocs de traçage matériel qui n'ont pas encore été entièrement exploités dans le domaine du traçage. Nous caractérisons leur performance et nous analysons les paquets de traces, leur relation avec l'exécution du logiciel, et les possibilités de les utiliser pour une trace détaillée. Nous proposons des techniques à faible surcoût, assistées par le matériel, rendant possible une analyse détaillée permettant la détection des latences d'interruption et des appels systèmes. Nous présentons aussi une nouvelle technique qui se base sur les paquets de trace à bas niveau du processeur pour analyser efficacement les processus et les ressources utilisées dans une machine virtuelle. De plus, nous avons identifié et solutionné des problèmes reliés au traçage matériel en utilisant l'assistance logicielle du système d'exploitation, ouvrant ainsi la voie à des recherches plus approfondies sur les approches coopératives de traçage matériel-logiciel. Comme nos techniques sont axées sur les exigences du traçage à haute vitesse dans les systèmes embarqués et de production traitant des transactions à haute fréquence, nous avons constaté que nos progrès dans le domaine du traçage matériel-logiciel se sont avérés très utiles pour détecter la contention des ressources et la latence dans les systèmes.