[論文レビュー] On-the-fly Query-Based Debugging with Examples

Raimondas Lencevicius|ArXiv.org|Nov 16, 2000

Parallel Computing and Optimization Techniques参考文献 21被引用数 11

ひとこと要約

本稿では、実行中にオブジェクト間の関係を継続的に監視することにより、実行時におけるプログラムエラーの即時検出を可能にする、Java向けのオンザフライでクエリベースのデバッグシステムを提案する。効率的なクラスファイルインストルメンテーションと動的クエリ最適化を組み合わせることで、デバッグにおける原因と結果のギャップを短縮しつつ、ポータビリティを維持し、インタラクティブな柔軟性を提供する。ガスタンクアプレットとSPECjvm98アプリケーションにおける成功したデバッグを通じて、有効性が示された。

ABSTRACT

Program errors are hard to find because of the cause-effect gap between the time when an error occurs and the time when the error becomes apparent to the programmer. Although debugging techniques such as conditional and data breakpoints help to find error causes in simple cases, they fail to effectively bridge the cause-effect gap in many situations. Query-based debuggers offer programmers an effective tool that provides instant error alert by continuously checking inter-object relationships while the debugged program is running. To enable the query-based debugger in the middle of program execution in a portable way, we propose efficient Java class file instrumentation and discuss alternative techniques. Although the on-the-fly debugger has a higher overhead than a dynamic query-based debugger, it offers additional interactive power and flexibility while maintaining complete portability. To speed up dynamic query evaluation, our debugger implemented in portable Java uses a combination of program instrumentation, load-time code generation, query optimization, and incremental reevaluation. This paper discusses on-the-fly debugging and demonstrates the query-based debugger application for debugging Java gas tank applet as well as SPECjvm98 suite applications.

研究の動機と目的

• エラーの原因が発生してから長時間経ってから症状が現れる『原因と結果のギャップ』というプログラムデバッグの課題に対処すること。
• 事前インストルメンテーションや複雑な設定を必要とせずに、実行時における効果的なデバッグを可能にすること。
• 最適化技術を用いることでパフォーマンスを維持しつつ、パフォーマンスを維持しつつ、ポータブルでインタラクティブなデバッグソリューションを提供すること。
• クエリベースのデバッグが実世界のJavaアプリケーションに適用可能で、実用的なパフォーマンスコストを伴わないことを実証すること。
• 静的解析と動的デバッグの間のギャップを埋めるために、継続的な実行時チェックを可能にすること。

提案手法

• システムは、実行時にクラスファイルをインストルメンテーションすることで、事前処理なしに動的クエリ評価を可能にするオンザフライのJavaクラスファイルインストルメンテーションを使用する。
• プログラムインストルメンテーションとロード時コード生成を組み合わせることで、実行時オーバーヘッドを最小限に抑えつつ、ポータビリティを保持する。
• クエリは最適化され、実行中の動的評価を高速化するためにインクリメンタルに再評価される。
• デバッガはユーザー定義のクエリを用いて、継続的にオブジェクト間の関係をチェックし、条件が違反された場合にはアラートを発生させる。
• クエリを実行中に追加または変更できるため、インタラクティブなデバッグが可能になる。
• 実装は完全にポータブルであり、Javaで記述されており、標準のJVMメカニズムを活用している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 実行時監視を用いることで、プログラムデバッグにおける原因と結果のギャップをどのように効果的に短縮できるか？
• RQ2 ポータブルなJava環境において、効率的かつオンザフライでクエリ評価を実現する技術は何か？
• RQ3 クエリベースのデバッグは、著しいパフォーマンスコストを伴わずに、実世界のアプリケーションに適用可能か？
• RQ4 オンザフライインストルメンテーションは、静的または動的代替手法と比較して、柔軟性とオーバーヘッドの面でどのように異なるか？
• RQ5 継続的なクエリチェックにおいて、パフォーマンスを維持するためにインクリメンタル再評価が果たす役割は何か？

主な発見

• オンザフライのクエリベースのデバッガは、プログラム実行中に即時エラー検出が可能であるため、原因と結果のギャップを効果的に短縮した。
• インストルメンテーション、ロード時コード生成、クエリ最適化の組み合わせにより、継続的監視にもかかわらず実行時オーバーヘッドを管理可能に保った。
• ガスタンクアプレットとSPECjvm98ベンチマークスイートのアプリケーションにおける成功したデバッグを通じて、実用的な有効性が実証された。
• クエリを実行中に変更可能なインタラクティブなデバッグ機能を提供しており、開発者の柔軟性を向上させた。
• 標準のJavaインストルメンテーションと実行時メカニズムに依存するため、実装は完全にポータブルを維持した。
• 最適化を施した上で、クエリベースのデバッグがパフォーマンスに配慮した環境でも生産的応用に適していることが結果から確認された。