CN1470986A - 基于流程记录对系统性能的自动分析 - Google Patents
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Abstract
为了分析一个复合并行的系统,以XML产生一个流程记录和/或在产生之后转换成XML。将这个流程记录在系统的性能方面进行检验。用XSLT-媒质说明感兴趣的性能。XSLT-媒质因此就用于分析结果的过滤和可视化。
Description
技术领域
本发明涉及基于流程记录对系统性能的自动分析。
背景技术
测试多重并行和分布式的复合系统时,以踪迹或日志形式产生流程记录(Ablaufprotokolle)。它们包含在系统操作时系统特性的信息,无论是在进行测试运行或在实际应用均如此。为了再现系统特性,在误差分析时应用所收集到的信息。现有复合系统在这些流程记录中提供有大量信息,很难进行手工处理。系统中的综合关系也很难通过手工求出。
尽管如此,分析流程记录一般仍用手工进行。但是,有一部分也有特殊的解决方案,这些解决方案与系统的环境和要研究的误差图相匹配地去进行分析。这些解决方案在实际实施和维护过程中,要求的工作量很大。在文献中也可以找到揭示自动分析流程记录的一般启示。从HallalH.等人:“Using SDL-Tools to Test Properties ofDistributed System”,从Brinksma E.和Tretmans J.编辑的:“Formal Approaches to Testing of Software-FATES`01”,125-140页,Aalborg,Daenemark,2001年8月,公知一种方法,以SDL语言(Specification and Description Language)产生自动分析的流程记录。但是,为此需要复杂和昂贵的工具,因此不能广泛地推广应用。
发明内容
作为本发明的技术任务基础是使复合技术系统的分析简化以及自动化。其中,要避免所阐述的现有技术中的缺点。
此任务通过在独立权利要求中给出的发明来解决。有利的扩展由从属权利要求中得出。
在分析一个技术系统功能能力的方法中,用一台或数台计算机以踪迹或日志形式产生流程记录。流程记录包括有在系统操作时系统特性的信息,这些信息是以关于至少一个在系统操作时出现的事件的信息形式,尤其是以有关大量事件的信息形式。流程记录以XML(Extensible Markup Language:可扩充标记语言)产生和/或在产生之后转换成XML。
按照现有技术,为了自动分析使用一种语言,例如SDL,以便验证一个复合系统。用这种模型化语言对系统进行模型化,此时它是通过一个流程记录模拟的。
本发明通过应用XML从一个完全另外的开端着眼。XML刚好不是模拟语言,并不是为了表示流程而创立的。相反,正常情况XML是一种结构语言,用它可以结构化地表示数据量。作为本发明的思路是基于,流程记录既不作为纯手工处理的文本产生,也不是与产生流程记录同时产生的一个形式模型,而是一个以XML产生的结构化的输出,它能导致有一个后来的自动化的处理。这样,本发明实际上就处于从现有技术所公知的策略之间。
以此,与手工策略相比,拥有自动化的优点。与以模型为基础的开端相比,拥有所产生的流程记录复杂性较低的优点以及明显降低其进一步处理的费用的优点。
流程记录立即以一个标准化格式产生,或者在它的产生之后转换成这种格式。有关流程记录标准化格式的说明,在一个XML-模式中进行。
有利的是,为流程记录预先规定一个包括有特殊说明的一定的XML-格式。
流程记录尤其要包括事件的名称和类型。
也能属于说明的有,事件是否是一个局部的事件,或者是否是一个登记事件或一个通讯事件。局部事件是在一个系统部分中局部出现的事件。一个系统部分尤其指的是,与一项应用并行的线程(Thread),一个装置(作为虚的或实的硬件部分的装置),一个过程和/或一个目标。局部事件例如是像变量占用和断言审查事件。
装置、过程、线程和目标,能在系统操作时记录并从登记中清除。这些事件是登记事件。它们规定其来源的寿命,允许其它事件与硬件或软件过程相适应。
报文的发送和接收是通讯事件。遥控方法询问也属于这组事件。
如果流程记录包括有一个对要触发事件的系统部分参数的说明或一个属于事件的系统部分的说明,尤其是一个通过它可识别系统部分的说明,也是有利的。
在系统部分的情况下,尤其能涉及一个接收一个报文的系统部分和/或一个发送一个报文的系统部分。
在这种情况下,流程记录能包括有一个对信息参数的说明,尤其是对报文识别。
通过计算机辅助句法分析,在一个正确的XML-句法上检查流程记录利用特殊的优点。这样,就有可能对其句法和部分语义的正确性进行自动检查。从而可以使用价格便宜的标准-XML-句法分析程序。
在本发明的一个完全特别优选的实施形式中,将流程记录通过XSLT(Extensible样式表Language Trans formation)-媒质(Mittel)继续处理。通过利用XSLT-媒质有下列优点:
-XSLT-媒质可以容易端口化;
-被寻找的性能可以简单表达;
-XSLT-媒质能够继续分析,例如为了寻找其它的性能;
-XSLT-媒质灵活,从而可用于各种分析任务。
这些优点是由于XSLT是一种适应于XML功能的编程语言而产生的。
为了通过XSLT-媒质继续处理流程记录,将有待研究的系统性能以XSLT-标记符号表达。由此就自动将分析-和可视化组件作为XSLT-媒质而产生。每个组件表示一个可独立实施的程序。一个分析组件以XML-标记符号处理一个流程记录,在分析其中编码的性能时产生一个修改的流程记录,该记录能由其它XSLT-媒质处理。
一个XSLT-媒质尤其能有一种过滤器功能,经过它能将性能或其它性能过滤。
分析结束时,将流程记录转换成一种适当的视觉表示。为此,XSLT-媒质用于可视化,例如针对以SVG(Scalable Vector Graphics)、HTML(Hypertext Markup Language:超文本标记语言)或encapsulated Postscript来表达。
建立一种实施上述方法的布置,该布置通过设置媒质而实现,由该媒质可以实施所述方法步骤,与所述方法的优选扩展相类似地得出这种布置的优选扩展。
一种用于数据处理设备的程序产品,包括有软件代码程序段,在数据处理设备上实施所述方法之一;程序产品可以通过方法的适当执行,以可由数据处理设备实行的代码来实现。为此,将软件代码程序段存储起来。此时,将程序产品作为可买卖的产品来理解。它能以任意形式出现,例如在纸上、在一个可用计算机读的数据载体上或经过一个网络分配。
附图说明
本发明的其它主要优点和特征,由一个实施例的说明并借助附图来展现。计有:
图1在分析流程记录时XML的一种应用;
图2以XML的事件的一种结构规程;
图3在利用XSLT-媒质的情况下一个流程记录的一种转换;
图4一个简单流程记录的一个实施过程概貌;
图5过滤器的相互顺序;
图6流程记录-分析工具的一种应用;
图7一种性能分析,和
图8一个分析的图示。
具体实施方式
有关用流程记录的一种分析方法的概貌
为了分析系统的流程记录,推荐利用XML-标准技术。这样,将专用工具的开发费用降到最低。图1中的示意图说明这个思路。不用致力于语义学分析流程记录,而应用一种句法上的转换步骤,以便自动得到一个相应的事件。此时,重要的是要确定,所述分析只局限于那些能句法上说明的性能。
事由的基础是以XML-标记符号的流程记录。与转换技术XSLT一起,就能将流程记录基于句法规则地分析。从在继续进行的转换中摘录的和在事件的可视研究中的信息,能作出系统性能的结论。
在这个流程记录-分析方法中
-观察系统的一个流程记录,它包括有用于登记实施过程和目标、通讯和局部事件部分排列事件的一个清单;
-将一个流程记录脱机转换成一个基于XML的流程记录,
-在应用XML-样式表(XSL)情况下,产生感兴趣性能的说明,
-在应用XSLT-媒质的情况下,在XML-流程记录上应用样式表。
流程记录-分析方法既提供一个概貌,也提供变焦距功能和过滤器功能,以及对流程记录的所希望事件的专门细节提出询问。
通过可视化,使一个用户能访问流程记录信息。为此,优选应用SVG-格式。SVG是一个为了图形表示的基于XML的格式。有大量的工具用于可视化SVG-内容。这样,就能免于建立一个专门化的输出单元。
复合系统的流程记录通常非常大,因此不便于使用。在方法中利用过滤器操作,为的是压缩在流程记录中包括的信息,从而降低流程记录的大小。这些操作必须是很准确和持续不变。
不是所有信息都要永久出现在流程记录的表示中,否则显示要过载,大大增加了找到相关信息的难度。但是有可能的话,在见就事件时要以简单的方式使继续进行的信息供用户使用。
流程记录的结构和内容
在一个系统的操作中,要收集事件。此时区分为下列的事件等级:
-登记事件
-通讯事件
-局部事件
因为一个流程记录是用作分析一个系统的方法输入,在系统中必须给出媒质,以便为流程记录在一确定的点上生成事件。有各种方法将这些媒质插到一个系统中。这些方法之中最大有指望的是那些自动工作的。属于此的例如有在基于微软COM、Java、RMI或CORBA的方法。
为了能在流程记录分析中使用,每个是通讯事件或局部事件的流程记录事件最好依照下列结构并拥有与此相应的说明:
-事件的名称和类型:发送事件、接收事件或局部事件;
-要触发的实施过程的ID或要触发的目标;
-源实施过程的和源目标(为接收事件)的ID;
-确定实施过程的和确定目标(发送事件的)的ID;
-事件的报文参数:一个包括有用于报文和其它报文属性的一个名称的参数清单(通讯事件的);
-要触发的实施过程的或要触发的目标的局部参数:一个再现瞬间状态的参数的清单(局部事件的)。
此外,出现有将新产生的实施过程、过程或目标引入到一个流程记录的登记事件。假设所有事件的局部顺序以其顺序在流程记录中得以保持。为了确定事件的顺序和最后在所接受的流程记录上建立分析,接收-和发送事件的分配问题是重要的。更多的是取决于,分布系统是如何建立的和实际上显示的是什么。假设在一对源-和目标过程中,每个接收事件属于一个单个发送事件。在一个分布系统中有关事件的部分的顺序(半顺序,partial order),可以应用二进制的Happened-Before-关系”→”来说明,它是这个事由的理论基础。它定义如下:
-如果在实施过程t中的事件e在相同实施过程t中的事件e’之前,则e→e’。
-如果事件e是实施过程t中的一个发送事件,事件e’是实施过程t’中要对应的接收事件,则e→e’。
-Happened-Before-关系是及物的。
图2说明一个事件的XML-格式。一个事件通过它的类型和它的操作来说明。例如一个发送事件“通讯”作为类型和“发送”作为操作。每个事件包括一个元素“参数”,如上所述,这包含有关于事件起点的信息。此外,一个事件能表明元素为“局部的”,这表明有关于局部变量状况的信息。通讯事件包括一个带有相应报文内容的元素“信息”。
格式是作为DTD(文件类型描述:Document Type Description)专门化的,因此就有可能应用XML-句法分析程序去在句法的正确性上检验一个输出记录文件。
可视化分量
流程记录在应用一个样式表-处理器形式或一个XSLT-处理器形式的XSLT-媒质情况下,转换成它们的图解代表。图3说明方法的这部分,为这部分已经有较大数量的处理器可无偿供使用。
为Web浏览器用一个SVG阅读器插入(SVG-Viewer-Plugin),能从图解代表和向图解代表二个方向进行缩放变焦。为了得到详细的信息,用户以此种方式按照愿望不同得到一个概貌或朝向图解进行变焦缩放。因为涉及的是一个以矢量为基础的格式,图解的质量在每个变焦距阶段非常宝贵。有一个流程记录的两种不同的外观图供支配:
-实施过程外观图。这个外观图类似于一个报文序列外观图,此时垂直线代表一个任务的有效时间。任务之间的通讯事件用线表示,这些线连接要对应的发送-和接收事件(参见图4)。
-目标外观图。这个显示也类似于报文序列外观图,此时垂直线代表目标的寿命。
事件在图解中被彩色编码。应用颜色使识别事件容易些。不同类型的事件就能简单地区分开。例如可以用黄色标记局部事件。颜色是在一个级联的样式表中加以规定,它单独存储在一个文件中并能按照个人喜好调节。
图4示出的是在一个实施过程外观图中的一个简单的流程记录,其中所有事件都以一个固定的距离表示。如果只对事件的次序感兴趣,就优先使用这种表示。为了作为距离再现事件之间的时间间隔,也能在流程记录中使用时间标记。如果研究在时间范围内的性能,这样一个图解能很有帮助。
对于还要显示出询问细节的要求,用两种方式执行。一种方式是利用一个单独的HTML-文件,它指明为文字代表要参阅的图解的栏目。以这种方式图解得到有关目标或执行过程相互间活动的信息和HTML-文件,将事件栏目的文件外观图提供使用。这些外观图的一个组合通过应用HTML-帧而得到利用。
在第二种执行中,使用SVG的能力去激励文字。这里,鼠标指示器经过一个一定事件的运动,触发诸如事件参数或报文的信息。如果移开鼠标指示器,则该信息又消失。这具有以下优点,为了显示所有信息,只须利用一个文件。不过这证明,在大的文件情况下,打开当时的文件和激励时,速度将成为性能的薄弱环节。
过滤器
图解的大小和它所代表的信息量,总还是出现问题。通过过滤器从流程记录中去除不相关的信息,能明显地压缩它们的大小并照顾到在视觉检查时提出相关的信息。
紧随用于可视化的方法之后,过滤器优先作为样式表来执行,处理又要靠以一个XSLT-处理器形式的XSLT-媒质。
在应用由XPath的语音结构时,能打印出事件样本,它们要寻找或者相反地要忽略。这些过滤器的例子是:
-去除局部事件
-在执行过程之间选择通讯事件
-在目标之间选择通讯事件
如果系统组分之间的通讯处于焦点,则局部事件没有特殊的意义。去除局部事件能按照例1通过应用样式表达到目的。
例1
<?xml version=″1.0″encoding=″utf-8″?> <xsl:stylesheet xmlns:xsl=″http://www.w3.org/1999/XSL/Transform″ version=″1.0″> <!-- Description:Stylesheet removes all events of type ′Local′--> <!-- Import standard behavoiur --> <!-- standard:copy all events --> <xsl:import href=″filter_template.xsl″/> <!-- Add DOCTYPE --> <!-- create trace.dtd file --> <xsl:output method=″xml″indent=″yes″doctype- system=″trace.dtd″/> <xsl:strip-space elements=″*″/> <!-- Match local events --> <!-- do not copy(delete)them --> <xsl:template match=″event[@operation=′Application′and @type=′Local′]″> </xsl:template> <!-- end Match local events --> </xsl:stylesheet>
利用过滤器操作
一个过滤器的操作是一个有效修改流程记录,能用于可视化或分析继续处理。因此,如图5所示,有可能使用过滤器的一种组合。
该操作被称为链接。但是要注意的是,过滤器链接不可换向:
过滤器1 o过滤器2≠过滤器2 o过滤器1
样式表如在例2能再利用,在例2的行8中输入一个普通的样式表,它在要得出的文件中产生符合标准的事件复制件。
例2
<?xml version=″1.0″encoding=″utf-8″?> <xsl:stylesheet xmlns:xsl=″http://www.w3.org/1999/XSL/Transform″ version=″1.0″> <!-- Description:Stylesheet removes all threads with no events --> <!-- Import standard behaviour --> <!-- standard:copy all events --> <xsl:import href=″filter_template.xsl″/> <!-- Add DOCTYPE --> <!-- output trace.dtd --> <xsl:output method=″xml″indent=″yes″doctype- system=″trace.dtd″/> <xsl:strip-space elements=″*″/> <!-- Remove threads with no events --> <!-- SIPO <DP n="9"> --> <dp n="d9"/> <xsl:template match=″event[@type=′Thread-Registration′ and (@operation=′Create′)]″> <xsl:variable name=″found-events″ select=″following- sibling::event[(@type=′Communication′or @type=′Local′) and parameters/@thread- id=current()/parameters/@identifier]″/> <xsl:if test=″count($found-events)> 0″> <xsl:copy-of select=″.″/> </xsl:if> </xsl:template> <xsl:template match=″event[@type=′Thread-Registration′ and(@operation=′Destroy′)]″> <xsl:variable name=″found-events″ select=″preceding- sibling::event[(@type=′Communication′or @type=′Local′) and parameters/@thread- id=current()/parameters/@identifier]″/> <xsl:if test=″count($found-events)> 0″> <xsl:copy-of select=″.″/> </xsl:if> </xsl:template> </xsl:stylesheet>
为了在当时的应用情况胜任专门的需求,能从普通的样式表将规则覆盖。这里要使用优先级规则。
代替输入样式表,也能将样式表包括进去,如在例3的第6至第7行发生的那样。包括进去的样式表的规则,有与现实样式表规则相同的优先级。为了覆盖输入的样式表的规则,能使用这些优先级规则。以这种方式,可以使普通的样本被再利用,从而减少分析工具的开发费用。
例3
<?xml version=″1.0″encoding=″utf-8″?> <xsl:stylesheet xmlns:xsl=″http://www.w3.org/1999/XSL/Transform″ version=″1.0″> <!-- Description:Stylesheet removes all empty threads and objects --> <xsl:include href=″filter_emptythread.xsl″/> <xsl:include href=″filter_emptyobject.xsl″/> <!-- Add DOCTYPE --> <!-- output trace.dtd --> <xsl:output method=″xml″indent=″yes″doctype- system=″trace.dtd″/> <xsl:strip-space elements=″*″/> </xsl:stylesheet>
性能分析
将样式表用于为过滤器的思路,可以移植到在一个流程记录中分析性能。
-数据超过分析。如果到一个目标上有一个以上的执行过程去存取,就能在一个分布系统中出现数据超过。这是分布系统的一个标准分析。
-死点分析。如果一个分量积极地等待一个永不出现的事件,在一个系统中就能出现一个死点。
通常,这些性能是在利用系统的模型情况下进行研究并要求有一个形式检验。这能是非常昂贵,尽管如此可能还达不到所期望的结果。
在此进行的分析,仅仅是建立在流程记录的基础上。然而结果只能识别可能的问题。然后还必须将这些问题继续用手工进行检查。尽管如此,由于识别可能的问题点,这明显还是比较简单。此外,能在流程记录中的事件之间时间间隔的基础上检查性能-薄弱环节。
借助于流程记录中事件上的条件来表达性能:
一个潜在数据超过的条件:
Ve∈Event,
其中e/@type∈{Local,Communication}
T@object-id={c/parameters/@thread-id|c∈Event,
其中c/@type∈{Local,Communication}
和c/parameters/@object-id≠e/parameter/@object-id),
作为:
race-condition=|T@object-id|>1
可以识别出一个潜在的数据超过。
如果有一个以上的执行过程应用以@object-id识别的目标,则所述条件证实是真的。
一个非常有可能的数据超过的条件:
如果一个潜在的数据超过的条件得以满足,那么为了识别一个非常有可能的数据超过,可以将分析继续进行。为此要检验,识别出的执行过程是否确实是同时的,就是说这些执行过程的事件是同时的。
Ve,e`∈Event,
其中e/@thread-id≠e`/@thread-id和
e/@object-id=e`/@object-id,
如果e和e`不是同时,则e→e`和e`→e适用。
可能的死点:
Ve∈Event,
其中e/@type=Communication,e/@operation=发送和
e/parameters/@thread-id=t,
通过:
deadlock-condition=e是t中的最后的事件,识别一个可能被封锁的执行过程。
能将这些普通的样本在每个同时进行的或分布的系统中使用,然而也有很多能通过这些样本说明的专用性能。为了审查有待检验系统的正确状态,能从系统的要求中推导出这些样本。此外,这些样本还能阐述在前面的测试中出现的错误。为了审查是否再出现这样的错误,在下面的测试中可以使用这些样本。专用性能通常在实践中表示流程记录分析的最大部分。所介绍的方法简化了这些性能作为样本的说明,从而在测试阶段大大提高了生产率。
使用流程记录-分析工具
对于通晓XSLT-技术的工程师,使用样式表和所属的处理器毫无困难。此外,通过一种称作为翻译的样式表技术,也能使它们再一个较大的范围内可供使用。代替向用户供应样式表,能将它用于分析工具的安装。在这种情况下,一台编辑器例如由一个给出的样式表产生一个Java-程序。因此,尽管能简单为包括有执行过滤器、处理器和转换器的开发器(Entwickler)安装Java-程序,有将寻找的性能继续以XSLT表达的可能性。这样一个Java-实施的例子示于图6。
例
本方法的一个例子是为了一个安置的软件-系统实现的,该系统Windows CE上运行。
流程记录以一个适当的格式产生,然后脱机转换到以XML-为基础的流程记录格式。
在这个例子中,特殊感兴趣的理由是,为什么应用被明显放慢。流程记录本身是非常的大,包括有上百万个事件。遇到的挑战是,要找出造成放慢的调用。首先,分析调用的性能。为此应用一个样式表,它找到调用-和发出返回信号事件对并计算时间差。结果作为HTML-文件出现(图7)。
再识别性能-薄弱环节之后,寻找这个延迟的原因。为此,在给出的例子中要进一步研究出错事件。在这种情况,出错事件不是在报文中包括字“Error”的局部事件,就是包括有一个专用返回信号事件的通讯事件。为了只滤出和可视化这些事件,又执行一个样式表。
通过颜色编码模式、压缩的信息和可能性的数量、经流程记录得到一个快速概貌,就很快归结到一个执行缺陷作为放慢的原因。
图8示出的是该分析的一个概貌。图解包括有26656个事件,为了有可能呈现概貌,在一个极端的图象放大中表示。在流程记录下部的中间可明显看到一个空隙,它是通过积累出错事件所表示的。研究表明,应用就是由此而放慢,因为要处理不必要的询问。通过继续进行的后续研究得出,在此有一个分量试图到一个找不到的设备上以同步方式去存取。在这个目标中的处理暂时停顿,直到对系统有个暂停再继续下去。在这种专门的应用情况,所期望的改进例如可以通过将可供支配的设备在一个中央分量中管理来达到。
一般本发明的实施形式有下列优点。以XSLT-媒质形式建立分析组件,通过利用XML-技术有可能快速和效率高。从而能建立并测试费用很优惠的专用组件。为了产生所必需的工具可免费提供使用。流程记录能自动地在系统的复杂性能方面进行检查。该组件的广泛使用容易实现。通过多个小分析组件,在分析流程记录时有个高灵活性。自动分析流程记录导致出错分析时生产率提高。使用SVG和HTML作为可视化手段,使基于万维网的表示与相关的优点成为可能。
Claims (15)
1.对一个系统进行分析的方法,其中产生一个流程记录,该流程记录包括关于系统操作过程中的事件,
其特征在于:
流程记录以XML产生和/或在产生之后转换成XML。
2.如权利要求1的方法,
其中流程记录包括多个事件,在应用流程记录的情况下,说明关于所述事件的部分顺序。
3.如权利要求2的方法,
其中在应用Happened-Before-关系的情况下,说明所述部分顺序。
4.如上述权利要求之一的方法,
其中在流程记录中产生一个对事件参数的说明,尤其是用于识别事件和/或是否事件是一个局部事件、一个登记事件或一个通讯事件。
5.如上述权利要求之一的方法,
其中在流程记录中产生一个对触发该事件的系统部分的参数的说明,尤其是一个通过它可识别系统部分的说明。
6.如权利要求5的方法,
其中系统部分是一个接收报文和/或发送报文的系统部分。
7.如权利要求6的方法,
其中在流程记录中产生一个对报文参数的说明,尤其是用于识别报文。
8.如上述权利要求之一的方法,
其中将流程记录在正确的XML-句法上进行检验。
9.如上述权利要求之一的方法,
其中将流程记录通过XSLT-媒质继续处理。
10.如权利要求9的方法,
其中XSLT-媒质含有过滤器功能。
11.如权利要求9或10的方法,
其中XSLT-媒质由流程记录以XML产生一个修改的流程记录。
12.如权利要求9至11之一的方法,
其中XSLT-媒质含有可视化功能。
13.如权利要求9至12之一的方法,
其中将应用多个可以任意顺序组合和实施的XSLT-媒质。
14.布置,建立该布置以实施上述权利要求之一的方法。
15.用于一个数据处理设备的程序产品,该程序产品包括软件编码程序段,能用这些程序段在一个数据处理设备上实施按照权利要求1至13至少之一的方法。
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