Otimizando o teste estrutural de programas concorrentes: uma abordagem determinística e paralela

• Main Author: Batista, Raphael Negrisoli
• Other Authors: Souza, Paulo Sergio Lopes de
• Format: Others
• Language: pt
• Published: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP 2015
• Subjects: Concurrent programs; Deterministic execution; Execução determinística; Execução paralela; Geração de variantes de disputa; Parallel execution; Programas concorrentes; Race variant generation; Structural testing; Teste estrutural
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/55/55134/tde-03082015-110554/

O teste de programas concorrentes é uma atividade custosa devido principalmente à quantidade de sequências de sincronização que devem ser testadas para validar tais programas. Uma das técnicas mais utilizadas para testar a comunicação e sincronização de programas concorrentes é a geração automática de diferentes pares de sincronização ou, em outras palavras, a geração de variantes de disputa (race variant). Nesta técnica as variantes de disputa são geradas a partir de arquivos de rastro de uma execução não-determinística e algoritmos de execução determinística são utilizados para forçar que diferentes sincronizações sejam cobertas. Este trabalho aborda de maneira abrangente este problema, cujo objetivo principal é reduzir o tempo de resposta da atividade de teste estrutural de programas concorrentes quando diferentes variantes de disputa são executadas. Há três principais contribuições neste trabalho: (1) geração de arquivos de rastro e execução determinística total/parcial, (2) geração automática de variantes e (3) paralelização da execução das variantes. Diferentemente de outros trabalhos disponíveis na literatura, os algoritmos propostos consideram programas concorrentes que interagem simultaneamente com passagem de mensagens e memória compartilhada. Foram consideradas seis primitivas com semânticas distintas: ponto-a-ponto bloqueante/não bloqueante, coletivas um-para-todos/todos-para-um/todos-para-todos e semáforos. Os algoritmos foram desenvolvidos no nível de aplicação em Java, são ortogonais à linguagem de programação utilizada e não requerem privilégios de sistema para serem executados. Estas três contribuições são descritas, detalhando seus algoritmos. Também são apresentados os resultados obtidos com os experimentos feitos durante as fases de validação e avaliação de cada contribuição. Os resultados demonstram que os objetivos propostos foram atingidos com sucesso para cada contribuição e, do ponto de vista do testador, o tempo de resposta da atividade de teste estrutural de programas concorrentes foi reduzido enquanto a cobertura de programas concorrentes com ambos os paradigmas aumentou com procedimentos automatizados e transparentes. Os experimentos mostram speedups próximos ao linear, quando comparadas as versões sequencial e paralela dos algoritmos. === The testing of concurrent programs is an expensive task, mainly because it needs to test a high number of synchronization sequences, in order to validate such programs. One of the most used techniques to test communication and synchronization of concurrent programs is the automatic generation of different synchronizations pairs (or generation of race variants). Race variants are generated from the trace files of a nondeterministic execution, and the deterministic executions force the coverage of different synchronizations. This work approaches this problem in a more general way. It reduces the response time of the structural testing of concurrent programs when different variants are required. There are three main contributions in this work: the generation of trace files and the total or partial deterministic execution, the automatic generation of race variants and the parallelization of execution of race variants. The proposed algorithms take into account concurrent programs that interact simultaneously with message passing and shared memory, including six primitives with distinct semantics: blocking and non-blocking point-to-point, all-to-all/one-to-all/all-toone collectives and shared memory. The algorithms have been implemented in Java in the application level, they are language independent and do not need system privileges to execute. Results obtained during the validation and evaluation phase are also presented and they show that the proposed objectives are reached with success. From the tester viewpoint, the response time of structural testing of concurrent programs was reduced, while the coverage of the concurrent programs with both paradigms increased with automatic and transparent procedures. The experiments showed speedups close to linear, when comparing the sequential and parallel versions.