CN1094524A - 用图形显示并行处理计算机生成的跟踪数据的显示工具 - Google Patents

Abstract

显示工具(100)，用于生成由一个并行计算机程 序执行监测系统产生的跟踪数据的图形显示。显示 工具包含显示监视器(105)、输入设备(120)、大容量 存储设备(125)及一个计算机系统(115)。计算机系 统还包含具有用于将跟踪数据转换成数据结构的数 据处理器(210)的图形处理器(135)。

Description

本发明涉及计算机程序的执行和分析系统及方法，并且特别地涉及到生成结果图形的系统和方法，而这些结果是由一种计算机程序执行监测系统生成的。

为了改善在并行处理计算机系统中使用的计算机代码的性能，经常需要确定和显示指明程序代码执行情况的某种数据。通常，当计算机程序在一个并行处理计算机上的并行节点上（即在并行处理器中）运行时，称为计算机程序执行监测系统（以下称之为监测系统）的设备就监测这些计算机程序。当监测系统监测程序时，它就会生成表明每个结点执行的各种功能的数据并且将这些数据存放到一个大容量存储器设备上。一般地，监测系统将这样的数据组织放入到一个称之为跟踪文件的历史文件中。跟踪文件中的数据称为跟踪数据;跟踪数据中的每个数据称为一个事件。

通常，跟踪数据是记录的，表示并行处理计算机信息和/或控制状态变化的记录标志的时间顺序序列。一般来讲，单个事件包含若干个数据。被记录事件的类型定义了一个给定事件中域的个数和每个域所包含的信息。如，每当并行处理计算机中的一个处理器将信息（如一条消息）传送到同一计算机中的另一个处理器上时，监测系统就会产生和存储一个“发送”事件。一个发送事件可包含一个时间域，一个发送处理器域，一个接收处理器域，一个开始时间域及一个停止时间域。时间域表明该事件何时被监测系统记录，发送处理器域表示哪个处理器发送了该消息，接收处理器域表示该消息要发送到哪个处理器上，开始时间域表示消息开始传送的时间，停止时间域表明停止传送消息的时间。

其他事件例子有“接收”事件和“中央处理机（CPU）使用”事件。每当并行处理计算机中的一个处理器从另一个处理器接收到一条消息时，就会产生一个“接收”事件。每当并行处理计算机使用了一个处理器时，就会产生一个“中央处理机（CPU）”事件。本领域的技术人员将会认识到，前面给出构成跟踪数据的事件例子仅是许多可监测系统生成和存储的事件类型的举例说明。对于跟踪数据的生成和使用已是众所周知。所以，对于跟踪数据本身的进一步讨论对理解本发明的显示工具已没有必要。

一般来说，当计算机执行一个并行程序时，与监测系统配合的并行处理计算机将跟踪数据作为一个单独的实时显示来显示。同时，象与计算机相联的磁盘驱动器那样的直接存取存储设备（DASD）将跟踪数据存储起来，以用于将来的检查和/或处理。随后，用来便于调试并行程序的计算机根据特定的事件或事件域对挑选跟踪数据分类，即通过对跟踪数据分类来发现在程序执行过程中出现的错误和异常情况。一旦确定了错误，程序员就可以改正程序。

其他的跟踪数据处理方法用来生成跟踪数据的各种图形显示，以便对并行程序“调节”，从而优化处理器的使用。一个如此的跟踪数据处理和显示方法公开在标题为“将来自并行执行处理器中的跟踪数据转换成图形形式”的美国专利第5，168，554号中，是由查尔斯.A.卢克在1992年12月1日发表的（以下称之为卢克554专利）。特别地，卢克554专利公开了一种生成“时间处理图表”方法，该方法描述了并行程序执行过程中处理器的使用。这个方法包括搜索以前记录的特定事件（即那些表明处理器使用的事件）类型的跟踪数据以及产生这些事件的一个表格。表格中的事件按时间顺序方式排列。从该表，公开在这个专利中的方法生成一个表示在特定时间段内若干个处理器运行情况的图表（显示）或者生成一个表示发生在该特定时间段内的具体事件活动的图表。然后用户可在任一图表中通过前后滚动来显示一个不同于以前显示过的时间段。通过这些显示，程序员可调节（修改）并行程序，从而在一个特定的并行处理计算机上优化地执行该并行程序。

因为已知的传统显示设备一般地以一个单独的显示方式并行地显示来自多个处理器的跟踪数据，因而程序员面临着同时观察许多处理器（如2个或3个以上的处理器）的相对性能数据和比较它们之间的跟踪数据的冗长的、繁重的以及常常是令人眼花了乱的任务。传统上，跟踪数据的显示仅以文本格式或以文本和图形混合格式描述数据。此外，现有技术不提供产生不同跟踪数据显示方式的多个和同时的图形显示的方法。结果，在运行在相对很多处理器上的一个应用程序中，检查和分析跟踪数据就变得令人生畏，甚至有经验的程序员实际上也不能完成这样的工作。

因此，需要对于能够使用于快速存取、简单检查和理解跟踪文件数据的改进系统及方法，特别是对于可由多个处理器同时执行的程序。

本发明很好地克服了以往与显示来自并行处理计算机跟踪数据相关的缺点。特别是，本发明的显示工具生成了多个同步显示，用户可交互式操作这些显示。

特别地，根据本发明，提供了用于图形显示跟踪数据的显示工具。该显示工具包括一个显示监视器、一个使得用户能输入显示操作命令的显示控制器、一个存储跟踪数据的大容量存储设备以及一个连接到显示监视器、显视控制器及大容量存储器上的计算机系统。计算机系统包括一个数据处理器，用于将跟踪数据中每个事件转换成一个或多个数据结构。每个数据结构的形式取决于用户选择的特定图形显示方式。在数据处理器中有数据子处理器，这些子处理器与每个可能的显示方式相关。在这种方式下，当用户选择跟踪数据的一个或多个显示方式时，使用相应的数据子处理器将每个事件转换成一个代表性的数据结构，即一个子处理器对应一个数据结构。

每个子处理器将它的数据结构传送到相关的应用逻辑中。应用逻辑将每个数据结构以其产生时的状况存放到一个相关的事件历史存储器中。每个事件历史存储器具有存储所有或部分数据结构跟踪文件的容量。此外每个应用逻辑将存放在事件历史存储器中的数据结构的一个子间隔（通常足以生成一幅显示的数据结构）转换成一个象素图。从每个事件历史存储器中选择的每个子间隔表示了一个相同的时间间隔，该时间间隔可由数据结构的任意其他子间隔使用，形成其他象素图。图形接口生成软件（如X-窗口或兼容软件），将数据结构的每个子间隔转换成相应的象素图。重要的是每个事件历史存储器中的数据结构是在时间上同步的。所以所有象素图表示一个相同的时间间隔。在这种方式下，根据同步方式生成的每个子间隔产生的图形显示以及以后对这些图形显示进行修改也都是同步的。

图形显示发生器使用象素图，在监视器上生成若干个显示。每个显示在不同的窗口中加以描述。在图形显示首先被生成之后，本发明的显示工具产生其后的每个数据结构并将每个数据结构放进一个相应的事件历史存储器中。结果，每个显示器的数据结构的子间隔被更新，并且这些被更新的子间隔被转换成已更新的象素图。结果，图形显示发生器以同步方式更新所有的显示。

一旦处理和显示了所有跟踪数据，用户就可通过操作输入设备，控制在不同的显示中的跟踪数据。一般而言，一个时间变化的具有参考时间线的显示，如一个并行显示，被用作所有显示的时间同步参考，由参考时间线表示的时间称为“时间线时间”。当用户操作显示时，时间线时间将变化。因为所有的显示与时间线时间同步，所以本发明的显示工具随时间线时间变化更新所有的瞬时显示（如饼图和棒图），且所有时间变化的显示描述了与时间线时间同步的数据。显示的同步是通过保证转换成象素图的数据结构（即子间隔）所表示的时间间隔对每一显示都相等来实现的。当用户在一个给定的时间变化的显示（如并行图形显示）上移动时，象素图通过事件历史存储器中的已转换数据结构加以更新。在这种方式下用户可通过使用若干显示控制功能交互地操作和检查各种同步显示中的跟踪数据。

通过结合附图考虑下面的详细说明，就可以容易地理解本发明，其中：

图1是根据本发明的产生显示的显示工具100的一个高级框图。

图2是图形处理器135的框图。

图3表示了根据本发明的包括窗口300和并行性显示305的监视器屏幕110。

图4A到图4F表示了当显示工具100从跟踪数据产生并行显示305时在周期时间间隔上的监视器屏幕100。

图5表示了根据本发明的包含窗口300的监视器110消息传送显示500。

图6说明了图形处理器135运行例程599的流程图。

为了便于理解，尽可能使用相同的参考号来表示在各图中相同的部件。

考虑过下面的描述之后，本领域的技术人员将清楚地认识到，本发明可容易地用于显示以并行方式生成的任何数据。特别是，本发明适用于显示来自并行处理计算机的跟踪数据。

图1是根据本发明布置的显示工具100的一个框图，该显示工具100用于在计算机显示监视器105的屏幕110上生成显示窗口。显示工具100包括计算机显示监视器105，计算机系统115，大容量存储设备125以及输入设备120。大容量存储设备一般是一个带驱动器或硬盘驱动器。此外，输入设备通常包括一个键盘和鼠标，或者，也可用跟踪球替代鼠标。监视器是能产生计算机图形的一般计算机监视器。

计算机系统115包含了中央处理机（CPU）145，内存140，图形处理器135和图形显示生成器130。以一个已知方式，输入设备120将输入信号提供给CPU145。存储器140包括了只读存储器（ROM）和随机存取存储器（RAM）。CPU145在需要时沿着线150存取存储器140以便执行特定的程序和检索及生成专门的数据文件。此外，CPU在必要时存取大容量存储设备125中的文件和程序。当文件和程序从大容量存储设备中被检索出来时，这些文件和程序通常存放在位于内存140中的RAM里。

图形处理器135是本发明的显示工具的主要部件。通常，图形处理器可作为一个硬件电路或最好是一个从内存140中调出并由CPU145执行的软件程序来实现。在任一实现中，图形处理器访问内存140以便检索显示的数据。图形处理器135处于CPU145的直接控制下。运行时，图形处理器从跟踪数据中产生一个象素图。图形显示生成器130使用该象素图在监视器105上生成专门的显示图象类型，即生成专门的显示方式。一个象素图是一个组织好以形成一个图形的象素值数组。因此，该图形是一个拥有一个区域的窗口，通过该窗口显示某种数据。图形处理器135通过CPU从大容量存储设备中检索得到的跟踪数据来生成象素图。或者，跟踪数据可在当跟踪数据是在一台并行处理计算机上生成时直接从一个网络中接收。举例来说，跟踪数据要么是以前存储的事件要么是计算机执行监测系统（未画出）在并行处理计算机上执行一个程序时生成的事件。图形处理器将跟踪数据转换成一个象素图，该象素图可由图形显示生成器130用来在显示监视器105屏幕110上生成一个或多个显示窗口。

在操作中，用户可通过输入设备120，请求计算机系统重新调用包含来自大容量存储设备125的跟踪数据的一个特定跟踪文件并将每个事件传送给图形处理器135。用户还可通过操作输入设备120选择一种显示这些事件的显示方式及显示图象的分辨率。图形处理器把跟踪数据中的每个事件转换成已选定的显示方式所定义的一个专门的数据结构。如果选择了多于一个的显示方式（如选择了四种方式），那么就会生成一个以上（如四种）的数据结构。数据结构的形式将在下面详细讨论。当每个数据结构被生成时，图形处理器就将这些数据结构存放在内存140中的RAM里。随后，图形处理器135将所有数据结构的一个子集（以下称之为子间隔）转换成一个象素图。然后，象素图被传送到图形显示生成器130中。作为响应，图形发生器就生成一个包含数据结构图形显示窗口;这些数据结构代表相应的事件。通过对输入设备的操作，用户对显示窗口中的显示图形进行操作。特别地，用户可相对于窗口及时移动图形。以这种方式，事件数据可以以一个时间顺序方式出现在窗口中。

图2是图形处理器135的框图。为了下面详细讨论图形处理器的运行过程，将跟踪数据用作本发明的设备处理和显示用的说明数据。然而，技术熟练的人将认识到，几乎任何可以时间顺序方式显示的数据都可通过本发明的设备以直观和对用户友好方式加以显示。

图形处理器135包含输入逻辑200，数据检索逻辑205，数据处理器210以及主应用逻辑215。用户通过输入设备（即，一般通过键盘和鼠标产生信号）输入功能控制命令，由鼠标和键盘发出的命令首先由CPU145解释，而解释过的命令送到输入逻辑中供实施。通常控制命令允许用户选择一个或多个显示方式、选择要处理的一个特定跟踪文件、对要处理的跟踪文件进行处理初始化以及观察由包含在跟踪文件中的事件形成的图形显示。具体命令及其功能将在下面详细讨论。

当用户通过控制命令表明他或她希望显示当前作为跟踪文件存放在大容量存储设备125中的跟踪数据时，输入逻辑200向数据检索逻辑205发出一个检索命令，以从大容量存储设备上检索出想要的跟踪文件。检索命令最后由CPU145实现，因为只有CPU145可直接存取访问大容量存储设备125。CPU根据检索逻辑的要求检索出跟踪文件。文件的检索是按时间顺序进行的，一次一个数据，即一次一个事件。检索逻辑205将已检索到的事件传送给数据处理器210。这样的检索逻辑的专门的实现方法，在本领域中是众所周知的。

数据处理器210将事件转换成用于产生显示的数据结构。子处理器220₁，220₂，…，220_n（这里n是一任意整数值）每个相应于一个选定的显示方式，并被用于正确地处理新来的事件。当用户选择了显示方式，输入逻辑就确定n个子处理器中的哪个用来生成关于每个显示方式的数据结构。举例来说，用于饼图显示的一个子处理器将从每个需要的事件特定域中累积生成饼图的域，而不去考虑所有其他域数据。另一方面，其他的子处理器可能使用一给定事件中的其他域来生成适于显示（这些显示是通过子处理器预先编程来产生的）的数据结构。这种特殊的通过事件生成数据结构的软件例程的专门实现的方法，对于技术熟练的人是显而易见的。所以对于如此软件例程的详细描述对理解本发明是不必要的。

例如，表示周期性时间间隔的并行性的显示，可通过一连串的顺序的数据结构生成。并行性是个术语，它定义了并行处理计算机中在任意特定时刻处理数据时所使用的处理器的百分比。为便于生成一个并行性显示，每个数据结构以周期时间间隔从CPU使用事件生成。一个给定的CPU使用事件包含一个CPU单位域，该域表示在记录某事件的时刻为一个特殊的处理数据的处理器使用百分比。对每个处理器CPU使用百分比进行测量并被作为CPU使用值（该值从0到100%）放入事件中。通过对某时刻运行的所有处理器的CPU使用百分值进行求和，就可决定整个CPU使用值。这个值的范围是从0到100%。

特别地，一个时间变化的、表示并行性的时间变化显示（以下称为并行性显示）使用跟踪文件中的每个事件的某些域来生成一种数据结构。特别地，该数据结构包含一个处理器号码和一个表示某特定时刻整个CPU使用值的CPU使用域。通过当事件被记录时所生成的时间域表示那时刻时间。这个时间域也包含在该数据结构中。从这个数据结构，可在以时间为横坐标轴并以整个CPU使用作为纵坐标轴的图形显示上生成一个数据点（象素值）。

当生成每个数据结构时，将这些数据结构从数据处理器210传送到主应用逻辑215，以便进一步处理，每个子处理器220₁，220₂，…220_n与一个相应的应用逻辑225₁，225₂，…，225_n与一个相应的应用逻辑225₁，225₂，…，225_n相联。通过阅读下面的讨论之后，应用逻辑的运行过程和实现方法对于技术熟练的人来说是显而易见的。每个应用逻辑225₁，225₂，…225_n有一个相关和专用的RAM内存空间，这些空间位于内存140中（见图1）并在图2中被显示为事件历史存储器230₁，230₂，…230_n。因此当数据处理器210生成数据结构时，这些结构就被直接传送到与每个应用逻辑相关的事件历史存储器中。事件历史存储器存储的数据结构远多于应用逻辑产生一个特殊的显示画面所需要的。CPU动态地将一定数量的RAM分给事件历史存储器，分配的RAM数量可大到存储整个所需要的跟踪文件。在缺省显示模式下，一个给定显示方式的初始显示窗口将描述包含在事件历史存储器中的数据结构的四分之一，即子间隔的数据结构等于整个可用于显示的数据结构的总数的四分之一。

存储数据的同时，每个象素图生成器240₁，240₂，…，240_n将相应事件历史存储器中的相应的数据结构的一个子集转换成象素图。每个象素图最终会在监视器上显示的窗口中成为一个单独的显示。由此，多个象素图生成器又生成了对应于监视器上多幅显示的多个象素图。每个特定的象素图是由从相应于一个特定象素图生成器的事件历史存储器中检索来的数据结构的一个子集生成的。因为事件历史存储器存储了数据结构的一个子集，该子集表示特定时间间隔（间隔）过程中所记录的事件，并且这些数据结构的一个子集表示了那个记录时间间隔的一个子间隔，所以这个数据结构子集被称为子间隔。每个象素图生成器生成一个与用户选定某个图形显示相对应的象素图。每个象素图生成器将它们相应的象素图存储在为缓冲区235₁，235₂，…，235_n标记的已分配的内存空间中。

举例来说，如果用户选择一个饼图显示方式和时间变化显示方式来说明某个跟踪文件，那么显示工具使用子处理器220₂生成饼图数据结构，并使用子处理器220₅来生成时间变化显示的数据结构。因而，每个事件产生两个数据结构。主应用逻辑215将每个数据结构分别地应用到相应的应用逻辑（例如，225₂和225₅）中。数据结构独立地存放在相应的事件历史存储器230₂和230₅中。主应用逻辑215决定了每个事件历史存储器中的转换成象素图的子间隔。相应地，象素图生成器240₂和240₅把它们各自的子间隔数据结构转换成一个饼图象素图和一个时间显示象素图。每个象素图是存储在相应的缓冲器235₂和235₅中，直到它们被送到图形显示生成器中，以在监视器上进行显示。

更为特别的是，每个象素图生成器根据缺省窗口尺寸、特定的显示方式以及特定的显示分辨率来生成一个象素图。对于特殊的显示类型预先设置好窗口的缺省尺寸。窗口一旦显示，用户可通过操作输入设备来更改窗口尺寸。用户可在跟踪文件处理过程开始时选择特定的显示方式和显示分辨率。显示分辨率定义了在图形显示中由象素表示的时间大小。通常用户选择一个要显示的时间间隔（子间隔）并且象素图生成器会自动地定义表示时间间隔长度的象素个数。例如，如果用户选择1秒显示间隔，那么象素生成器就会选择诸如一百万个象素来表示沿水平显示轴上的这个时间间隔，即一个象素代表1微秒（μs）。然而如果数据结构（及事件）每毫微秒出现一次，那么每个象素值就代表1000个数据结构。用户可通过使用放大功能放大显示画面来修改这个分辨率，直到每个数据结构均由单个象素表示的为止。放大功能是由输入设备控制的，并在下面将详细讨论该放大功能。象素图发生器通常包括解释每个数据结构的软件和通过这些数据结构生成象素图的软件。便利于象素图生成的这种软件在本领域中称作图形用户接口（GUI）软件。X-窗口就是一个这样的GUI软件包（X-窗口是麻省波士顿麻省理工学院的商标）。通过使用X-窗口软件包中已知的可调用的例程，象素图生成器在一个窗口中生成（画出）一个图形显示。X-窗口被广泛用于促进GUI的生产。因而，不必要对GUI软件和象素图生成作进一步的说明。

每个象素图生成器240₁，240₂，…240_n将它们相应的象素图存储在象素图缓冲器235₁，235₂，…235_n中。随后，借助由相关的象素图生成器转换的每个新的数据结构，更新每个象素图。在更新之间，图形显示产生器130（见图1）利用每个象素图在监视器屏幕上生成一个或多个图形显示。

由德克萨斯州奥斯汀国际商用机器公司制造的RS/6000彩色图形显示适配器就是一个这样的图形显示生成器。作为一个著名的产品，详细说明这样一个电路对理解本发明没有必要。只要说明图形显示生成器是一个串行设备就足够了。从象素图缓冲区中将一个象素图周期性地发送给图形显示生成器以更新各种显示。更新是在一个足够快的速率下完成的，以至于用户不能注意到更新的串行性。因此用户观察到：监视器屏幕上所有当前显示的图象是同时被更新的。

图3举例说明了位于监视器屏幕110上窗口300中的并行性图形显示305。如前所讨论的，并行性图形显示描述了运行在并行计算机上的多个处理器的累积并行性。窗口300包括标题条310，该标题条310具有传统的窗口接钮，如窗口菜单按钮315。此外窗口300还包括滚动条320和325。滚动条320对于这幅特定的并行性图形显示是无效的。然而，在其他显示方式下，滚动条320沿着垂直方向移动图形显示。这种操作显示方式是众所周知的。滚动条325的长度表示了存储在事件历史存储器中的跟踪文件的现有长度。指示器330特别是其宽度及在滚动条325中的相对位置，表明了相对整个跟踪文件而言，存储在事件历史存储器中的跟踪文件的哪部分（子间隔）正在窗口300上显示。结果，如下所述，当用户检查显示的事件时，指示器330随着显示的数据移动而及时移动。窗口菜单按钮和滚动条的实现和使用是众所周知的，所以也就不在进一步详述。

此外，图3所示的图形显示包括了一个称之为“时间线”的参考线340。图示中，时间线大约位于窗口长度85%的点处（从窗口左边界算起）。然而这个时间线的位置只是说明性的，用户可通过操作输入设备动态地定义时间线的位置，或者当第一次对显示工具进行初始化时，确定百分比参数设置。使用时，时间线提供给用户一个直观的参考，通过它可定位图形中显示的事件。此外，如下解释，所有当前在监视器上显示的与时间无关的图形显示（以下称之为瞬时图形显示）是与时间线表示的时间同步的。因此，提供给用户一个由显示表示的信息的同步描述。

图4A-4F表示当通过窗口对事件进行“播放”即处理和显示时，一个周期时间间隔内的并行性显示。为了增加理解，读者应在下面的整个讨论中同时参考所有这些图。

为了简化，假定用户仅选择一种显示方式，如显示并行性的时间变化显示方式，显示工具将仅使用子处理器、应用逻辑、事件历史存储器、象素图生成器和象素图缓冲器。通过使用输入设备。用户可请求对某个跟踪文件进行“播放”，即通过显示工具对某个跟踪文件按时间顺序进行检索和处理。当数据处理生成每个数据结构时，数据处理器将每个数据结构放进相应的事件存储器中（见图2）。此外，如图4A所示，与存储同时地，数据结构被转换成一个象素图并在窗口300中显示。第一个数据结构显示在时间线340处。当各个新数据结构生成时，象素图被更新以使一个表示该事件或多个事件（取决于当前分辨率）的象素被显示在原先数据结构显示的右边。图405的生成就是数据结构的一个顺序图形显示的累积结果（图405表示CPU使用情况）。在此时显示的最左边的数据结构的左边是黑色区域410。这个区域表示跟踪文件中的第一个事件的显示位置。目前时间线340对应当前（最近转换的）数据结构。

图4B描述了在足够多的事件被处理和显示填充到窗口后，窗口300的状态。随着一个新事件在时间线340处显示，图405就移到左边（如前头415所示）。一些事件不再在窗口中显示，即不再处于子间隔中，那么代表这些事件的数据结构将被存储到与这个图象显示相关的事件历史存储器中。

一旦整个或部分跟踪文件被“播放”，那么用户就可通过输入设备，“滚动”以前显示过的事件。通常，滚动功能是通过传统键盘上的箭头键或通过与鼠标一起使用的一个图形接口来控制的。两种用户接口类型都是众所周知的，因而无需进一步解释。

在执行时，滚动功能引起数据结构的一个新子间隔被定义并被转换成一个象素图。为了便于转换，应用逻辑从相应于新的子间隔的事件历史存储器中重新调用数据结构。这个新子间隔生成一个新象素图，当显示该象素图时，它接着用户选择的滚动方向朝左或朝右移动图形。十分重要的是注意到，时间变化图形显示的新象素图将具有一个与时间线对称的时间值。（以下称之为时间线时间）。因此，所有瞬时图形显示，如饼图、棒图及相似图形，都是同时被更新，以便表示相应于时间线时间的事件。此外，其他的时间变化图形显示也被同步地更新。接着如果用户再一次请求滚动功能，那么就重复上面讨论的过程，检索一个新子间隔数据结构并生成一个新象素图。只要滚动功能被请求，那么就重复这个过程。在两个连续的象素图之间推进的时间增值，是通过一个滚动速度功能控制的。通常滚动速度是由输入设备控制的。选择较高的滚动速度将增加象素图间的时间增值。滚动功能以及其他用户可选择的功能将根据图6在下面讨论。

图4C显示了当用户通过显示的事件（如箭头420所示）开始向后滚动时的窗口300的情况。照这样，显示的跟踪文件中最后事件（显示在黑色区域425边426上）移向右面，并且一个新的数据结构子间隔被从事件历史存储器中检索出，并被用于这个图形405左边的相继的象素图。以这种方式，图405看起来是向右移动或滚动。

图4D显示了在整个窗口数据结构从事件历史存储器中被重新调用并转换成填满整个显示窗口的一个象素图之后的显示。如上所述，时间线340在该显示中形成一个参考位置。因此，在时间线右边的图形显示表示了其时间晚于相应的时间线时间的跟踪数据，在时间线左边的图形显示表示了其时间等于相应的时间线时间的跟踪数据。通过使用滚动功能，用户可在时间上前后（如箭头430所示）移动以检查跟踪事件中的事件。

图4E显示了在滚动功能将显示移到事件历史存储器的开端处之后的显示。跟踪文件的第一个事件是通过黑色区域410的边缘440上的一个象素表示的。如图4F所示，如果用户继续滚动，那么黑色区域410的边缘440将停在时间线340处。以这种方式，用户是很容易识别事件历史存储器的开端位置。

尽管仅举例显示于在屏幕上的一个窗口，但本发明可在单个屏幕上生成多个窗口。在这种方式下，用户可同时观察一个跟踪文件的各种特征。例如，根据用户选择，本发明生成了瞬时图形显示，例如饼图、棒图及类似图形。相同的过程（通过该过程，本发明生成时间变化图形显示，例如图3和图4A到图4F中的并行性图形显示）可用于生成瞬时图形显示。唯一的区别是从每个事件中挑选出不同的域信息以便生成相应于瞬时图形的特定显示方式的数据结构。如在并行性图形显示中，数据处理器生成瞬时图形显示的数据结构，且应用逻辑将这些结构存储到一个事件历史存储器中。每个单独瞬时图形显示方式都有相应的子处理器和事件历史存储器。通常，给定的瞬时显示表示了与时间变化显示中的时间线时间相应的时间同时出现的事件。以这种方式，任何时刻显示的所有瞬时显示都与时间（即时间线时间）的一个时刻同步。如果用户滚动一给定时间变化显示，那么所有瞬时显示将同时更新，以便显示位于时间变化显示中时间线F的事件信息。此外，其他的时间变化显示也将同步地更新。各个图形显示的同步更新的详细讨论将参照图6进行。

图5显示了包含另一个重要的时间变化显示方式即消息传送显示500的窗口300。通常，用于生成消息传送显示的数据结构是通过发送和接收事件推导得出的。特别是，在发送和按照事件中用到的用于生成一个数据结构的一些域是消息类型域、开始及停止时间域、发送消息的处理器的号码和接收处理器号码（消息发送给该处理器）。显示500包含了行505₁，行505₂，行505₃，行505₄等等，这些代表了并行处理计算机中的每个处理器。发送事件显示的颜色与接收事件显示的颜色截然不同。然显示500可用绿色象素表示发送事件，用红色象素表示接收事件。每当一个发送事件从一个处理器（例如处理器3，由行505₃表示）向另一个处理器（例如处理器5，由行505₅表示）发送信息时，该显示就画出一条线（例如线500），该线将这两行联接在一起。这样的一条连接的通路直观地告知用户，信息沿着这条通路传送。此外，提供了时间线340，以用户一个静态时间参考，正如并行性图形显示一样，这里显示的消息传送信息也可在时间线下面前后滚动。在这种方式下，用户可快速地检查该图形以便观察整个跟踪文件的消息传送活动。

这个显示的另一特性出现在数据区515右边;图中专门显示为区域520，这是一个瞬时事件区域。在这个区域中，任何当前与时间线340对齐的事件均被显示。这个功能叫做事件强调功能。举例说明，如果现在一个来自处理器4的发送事件位于时间线下，那么绿色方块就在瞬时事件区域520中出现。当图形显示的分辨率非常粗糙并且在短时间内出现多个发送及接收事件时，这尤其是一个有用的特性。在这些条件下，当用户在该显示中一个事件接着一个事件滚动时，就可以观察出现瞬时事件区域中的瞬时事件。然而如果在时间行下面的一个象素代表了若干个象素（即粗分辨率），那么指示器5000就会出现在图形上，以告知用户某些事件是隐藏不可见的。为了观察隐藏的事件，用户可放大显示，直到图形显示中的每个象素代表单个事件时为止。放大功能将在下面详细描述。由于强调特性及放大功能，因而很容易理一幅复杂的消息传送图形显示。技术熟练的人会明白，这样的强调功能除了消息传送图形显示外，在其他显示方式中是有用的。

此外，如果窗口300中显示了过多的处理器行，那么可使用垂直滚动条320显示那些当前没有在窗口300可视区中出现的处理器行。

图6是一个高级流程图，该流程图表示了实现图形处理器135（图形处理器例程599）的通用逻辑步骤，图6给出了一个开始步骤600，在这个步骤中用户必须操作输入设备来选择一个要处理的特殊跟踪文件、一个或多个专门的显示方式以及这些显示的分辨率值。例如，用户可通过文件名来选择一个跟踪文件，选择一个时间变化的显示（例如一个并行性显示），和若干个瞬时显示;并可从一个分辨值菜单中选择一个1微秒的分辨率。在步骤605，例程对所有的数据子处理器、应用逻辑以及图形显示生成器进行初始化。初始化过程中，将内存空间分配给事件历史存储器和应用逻辑缓冲器。在步骤610，例程等待用户通过操作输入设备产生的功能请求。一旦这样的操作被测到，例程就决定它应执行什么功能。对此，在步骤615，例程询问是否用户请求“播放”跟踪文件。如果用户请求“播放”跟踪文件，那么例程将继续到步骤620。播放功能的替代功能将在下面讨论。

在步骤620，将跟踪数据从大容量存储设备上检索出来。一次检索一个事件（即，每次通过由步骤620到665表示的循环就检索一个事件）。在步骤625，例程询问是否检索到一个文件结束标志而不是一个事件。如果检测到一个文件结束标志，那么例程沿着通路630继续，以便等待用户的下一个命令。如果没有检测到，那么例程继续到步骤635。在步骤635，数据处理器通过用户选定显示方式所需要的合适的子处理器，将每个事件转换成一个或多个数据结构。在步骤640，将这些数据结构存储到事件历史存储器中。如前所述，事件历史存储器可包含从一个跟踪文件中产生的全部或一部分数据结构。

在步骤645，例程设定一个等于数据结构中时间域值的一个时间值，如事件出现时的一个时间（事件时间）。这个时间值与时间线时间相等。在这种方式下，由于时间线时间与事件时间相等，那么正在处理的事件最终会在时间线处被显示。

在步骤650，例程使用时间线时间、放大值（下面讨论）和分辨率值去定义一个存储在事件历史存储器中的数据结构子间隔。假定放大值为1，分辨率值是1微秒，事件时间正好是12：00：00，时间线位于显示的85%处，事件每毫微秒出现一次，且目前存储在事件历史存储器中的事件有40亿个。在这些条件下，每1000个事件作为一个象素加以显示。即，分辨率为1微秒，而事件每毫微秒出现一次。由于事件时间与时间线时间相等，因而时间线时间正好12：00：00。假定显示沿其水平方向可存放1百万个象素，那么说显示可表示1秒的数据。然而，在播放中，每个新事件是定位在时间线位置（85%），因此仅最新事件的0.85秒被显示在时间线的左边。在时间线右边的其余部分（15%）的显示是黑的（见图4B）。因此，例程将在事件历史存储器中确定一个子间隔（该子间隔是从11：59：59.15至12：00：00。在每个子间隔中的第1000个数据结构（共有850，000个）被发送到象素图生成器中以进行转换。在步骤660，数据结构被转换成象素图;该象素图被存储在象素图缓冲器中。接着在步骤665，象素图被发送到图形显示生成器中，以可在监视器屏幕上显示。在这种方式下，事件通过图形显示来表示。为了便于多个图形显示的绘制，将每个事件历史存储器中的数据结构转换成多个相应的象素图。然后，每个象素图在监视器上的不同窗口中作为一个图形显示加以绘制。

在步骤665之后，用户可操作输入设备以继续播放功能、暂停（停止）播放功能或检查当前存储在事件历史存储器中的信息。如果用户继续播放功能，那么另一个事件或一些事件将如上所述地被处理，且显示更新过的象素图。如果用户希望暂停播放（例如通过在图形接口上按下一个“按钮”或在键盘上按下特定的键），那么例程沿着通路675继续并将沿着这个环路继续循环，直到用户选择了一个非暂停功能为止。这些其他的功能是诸如滚动功能、快速前移功能、快速后移功能、放大及搜索功能。每个功能将在下面按顺序讨论。

如前面一般所述的，用户可在事件历史存储器中滚动并可动态地显示它的内容。为了便于滚动，在每次经过例程599时产生一个时间值。每个时间值时间上是从上一次的一个固定的、预先设置的增值。预先设置的增值可根据一个选定的滚动方向增加时间值或减少时间值。在这种方式下，每次经过这个循环，在步骤645、一个特殊的具有与现在设定的时间值相匹配的事件时间的事件（该事件是通过一个特殊的数据结构表示的），使被选出以在图形显示中被定位于时间线处。从这个时间值（现在是时间线时间），放大值及分辨率值，在步骤650可从事件历史存储器中定义一个新子间隔数据结构。这个新的子间隔在窗口中被转换成一个象素图;该象素图形成一个新显示，取代了原先的显示）。从这点来看，显示被更新并且似乎沿着选定的滚动方向移动。此后，例程返回到步骤610。如果步骤615和670仍表示一个滚动功能，那么例程使用一个新时间值重复前面的步骤;这个新时间值是通过对上次时间值增加一个增量值获得的，这个新时间值通过使用一个新子间隔数据结构而使显示更新。由于每个数据结构连续地通过这个例程，所以显示更新。在这种方式下，用户通过事件（这些事件是由事件历史存储器中的数据结构表示的）可及时地前后滚动。

相似地，快速前移和快速后移功能是按与滚动功能一样的方式执行的，只是比进行滚动时增加了每个时间值之间的增量值。较大的增量值使得显示快速地移过显示的数据。在这种方式下，只要通过更改用于步骤645和650之间的时间值增量，滚动、快速前移和快速后移便可以使用相同的例程。同滚动功能一样，用户可通过操作输入设备来选择快速后移和快速前移功能。

放大功能改变了用来调整当前使用的分辨率值的放大因子（放大值）。为了调整放大值，用户可通过操作输入设备来更改缺省值为1的放大值。放大功能的“聚焦点”是时间线。因此，在步骤643定义的时间值（所示的是12：00：00）在放大功能的使用过程中不会被改变。结果，当显示放大时，在给定的显示窗口中可显示的事件个数就会变少。然而不会改变。在时间线处表示的事件。那些在图形边界上显示的事件被从显示中删除。实际上，放大功能改变了用于生成象素图的子间隔数据结构。可使用前面的例子，在该例中，通过使用一个1微秒的分辨率可观察1百万个象素（每个代表1000个事件）。如果放大值从1变到4，那么分辨率被除以该值结果，在步骤650，分辨率被4除后变成250毫微秒。因此，现在每个象素代表250个事件。从而显示工具定义了一个新子间隔数据结构。特别地，可通过从存储在事件历史存储器中的每250个数据结构中选择一个数据结构，来生成一个包含一百万个数据结构的新子间隔。通过这个新子间隔，象素图生成器产生沿着水平方向有一百万个象素的象素图。从而，放大的显示表示了0.25秒的事件。这个图形显示的85%在时间线左边，15%在时间线的右边。此外，在时间线处的象素仍表示12：00：00的事件。随着放大值的每次增加，显示中每个象素表示的事件个数就越少。最后，图形显示可被放大到一个象素代表一个事件为止。技术熟练的人们会认识到：还有许多其他的显示检查功能，并且上述讨论的只不过是举例说明，并不是所有的图形显示检查功能。

搜索功能使得用户能通过键盘输入一个特定的字符串。根据这个字符串，功能搜索数据结构事件历史存储器，以便找到一个相匹配的字符串。字符串可以是一个特定时间值、一个特定事件类型或者进作为一个域，包含在数据结构中的任意字符串。一旦找到了匹配的字符串，那么在步骤645，例程599就把时间值设定到含有匹配字符串的数据结构的事件时间。如前面所述，该时间值是与时间线时间相等，从而生成一个新时间线时间，并且在步骤650，子间隔被更新以便显示这个新时间线时间。因此例程599在步骤660和665更新显示的象素图。在这种方式下，该图形显示在时间线处表示了一个特定的事件，该事件在其相应的数据结构中包含一个与搜索的字符串相匹配的域。

前面的讨论集中在生成时间变化的图形显示，例如一个并行性图形显示或一个消息传送图形显示。然而瞬时图形显示（例如棒图或饼图）是通过相同的图形处理器例程生成的。但是对于这些图形显示，瞬时图形仅显示了在时间线时间出现的事件。因此每当对时间变化显示进行更新时（如通过滚动），瞬时显示也跟着更新。在这种方式下，所有由处理器例程生成的显示都是与时间线时间同步的，结果，通过本发明生成的多个同步显示使得用手能够快速地存取、方便地查阅和理解跟踪文件数据。

虽然本发明只给出和详细讨论了一个包含本发明的教导的实施例，但是本领域的技术人员可以容易地设计出许多其他不同的、仍能包括这些学说的实施例。

Claims (32)

1、用于生成跟踪数据图形显示的显示工具，其特征在于包括：

一个显示器监视器；

用于使用户能够输入显示命令的显示控制设备；

用于存储所述跟踪数据的大容量存储器设备；有及

一个计算机系统，该系统与所述显示监视器、所述显示控制设备及所述大容量存储设备相连，包括：

一个图形处理器，它具有用于从所述大容量存储设备中检索所述跟踪数据的检索装置、与所述检索装置相连并用于将所述检索到的跟踪数据转换成数据结构的数据处理器装置、与所述数据处理器装置相连的应用逻辑装置，其中所述应用逻辑装置包括用于将所述数据结构存储到一个事件历史存储设备中的装置、用于将所述事件历史存储设备中的一个所述数据结构的子间隔转换成一个象素图的装置以及用于将所述象素图存储到缓冲装置中的装置；

图形显示生成器装置，该装置与所述图形处理器相连，用于在所述监视器上以预定的显示方式进行图形显示。

2、权利要求1的显示工具，其特征在于：所述预定的显示方式是一个窗口，在所述窗口中以图形方式显示所述象素图以显示一个时间变化的显示，其中所述的图形显示包括了一个垂直取向的、穿过所述图形显示的时间参考线。

3、权利要求2的显示工具，其特征在于所述时间变化的显示是一个表示并行处理计算机中的并行性的显示。

4、权利要求3的显示工具，其特征在于所述显示控制设备包括相对于所述时间参考线来移动所述图形显示的装置。

5、权利要求4的显示工具，其特征在于所述显示控制设备包括同时更新多个显示以使这些显示与由所述时间参考线代表的时间同步的装置。

6、权利要求1的显示工具，其特征在于被转换形成所述象素图并存储在所述缓冲装置中的数据结构数目比存储在所述事件历史存储存设备中的数据结构的总数要少。

7、权利要求1的显示工具，其特征在于所述预先选定的显示方式是一个窗口，在所述窗口中以图形方式显示有所述象素图以显示瞬时显示。

8、权利要求2的显示工具，其特征在于所述象素图包含多个象素，其中一个象素表示多个数据结构。

9、权利要求8的显示工具，其特性在于所述图形处理器包括用于对包含在由所述象素表示的所述多个数据结构中的若干个数据结构数目进行改变，而不改变由所述垂直取向的时间参考线表示的时间值的装置。

10、权利要求9的显示工具，其特征在于所述图形处理器包括用于表明何时所述象素代表多个数据结构的装置。

11、权利要求2的显示工具，其特征在于所述时间变化显示是表示并行处理计算机中消息传送的显示。

12、权利要求1的显示工具，其特征在于所述数据处理器包括：多个子处理器装置，这些子处理器与所述检索装置相连并用于将所述检索到的跟踪数据转换成与每个所述子处理器装置相关的多个数据结构;多个应用逻辑装置，其中所述多个应用逻辑装置中的每一个与相应的子处理器装置相连接，其中所述的应用逻辑装置包括用于将来自每个所述相应的子处理器装置的所述数据结构存储到多个事件历史存储器设备中的装置，用于将来自每个所述相应的子处理器装置的所述数据结构转换成一个相应的象素图的装置、用于将每个所述象素图存储到多个缓冲区装置中的一个相应缓冲区中的装置以及用于对存放在每个所述缓冲区装置中的所述象素图进行时间同步的装置;

其中与所述图形处理器相连的所述图形显示生成器装置进一步包括用于在所述监视器上从位于每个所述缓冲区装置中的每个所述相应象素图形成多个图形显示的装置，每个所述图形显示均以相应的预定显示格式形成。

13、权利要求12的显示工具，其特征在于所述预定显示格式之一是一个窗口，该窗口含有在所述窗口中以图形方式显示的所述象素图以显示时间变化显示，且其中所述图形显示包括了一个垂直取向的、穿过所述图形显示的时间参考线。

14、权利要求13的显示工具，其特性在于所述时间变化的显示是表示并行处理计算机中的并行性的显示。

15、权利要求14的显示工具，其特征在于所述显示控制设备包括用于相对于所述时间参考线来移动所述图形显示的装置。

16、权利要求15的显示工具，其特性在于所述显示控制设备包括用于同时更新所述多个显示以使每个所述显示均与由所述时间参考线代表的时间同步的装置。

17、权利要求14的显示工具，其特性在于被转换以形成相应的象素图并存储在各个所述缓冲装置中的数据结构的数目比存储在各个所述事件历史存储设备中的数据结构的总数要少。

18、权利要求13的显示工具，其特征在于所述时间变化的显示是表示并行处理计算机中的消息传送显示。

19、生成跟踪数据的图形显示的方法，其特征在于包括如下步骤：

从大容量存储设备中检索所述跟踪数据中的一个事件;

将所述事件转换成一个数据结构;

将所述数据结构存储到一个事件历史存储装置中;

将所述数据结构转换成一个象素图;

将所述象素图存储到一个缓冲器中;

生成存储在所述缓冲区中的所述象素图的一个图形显示，其中所述图形显示符合预定的显示方式;

重复所述检索、转换和存储步骤;以及

当转换每个所述事件时更新所述图形显示直到所有的所述跟踪数据被转换和显示为止。

20、权利要求19的方法，其特征在于包括如下步骤：

根据用户对输入设备的操作，对以图形方式显示的象素图所代表的所述事件进行检查，包括如下步骤：

检测一个对以图形方式显示的象素图进行移动的请求;

根据所述请求，从所述事件历史存储设备中检索数据结构;

将所述检索到的数据结构转换成一个新象素图;

将所述象素图存储到所述缓冲器中;并且

在存储完所述新的象素图之后，更新所述图形显示。

21、权利要求20的方法，其特征在于包括如下步骤：

将所述事件转换成多个数据结构;

将每个所述数据结构存储到相应的多个事件历史存储设备中;

将所述多个数据结构中的每个数据结构转换成一个相应的象素图，从而形成多个象素图，并将所述多个象系图中的每个象素图存储到一个缓冲器中。

生成与存储在所述缓冲器中的多个象素图相对应的多个图形显示，其中每个所述图形显示与相应的预定的显示方式相符;

重复所述检索、转换及存储步骤;

当每个所述事件被转换成多个数据结构时，对每个所述图形显示进行更新，直到所有的所述跟踪数据被转换和显示为止。

22、权利要求21的方法，其特征在于包括如下步骤：

根据用户对输入设备的操作，以同步方式对以图形方式显示的象素图进行检查，包括如下步骤：

检测对以图形方式显示的象素图进行移动的请求;

根据所述请求，从所述多个事件历史存储设备的每一个中检索数据结构;

将所述检索到的数据结构转换成多个新的象素图;

将每个新的所述象素图存储到相应的缓冲器中;并且

在存储完每个新象素图之后，同时对所述多个图形显示进行更新。

23、权利要求22的方法，其特征在于在所述多个图形显示之一中，所述预定的显示方式之一是一个窗口，该窗口在所述窗口中含有一个以图形方式显示的象素图，用来表示一个时间变化的显示，并且所述图形显示包括了一个垂直取向的，穿过所述图形显示的时间参考线。

24、权利要求23的方法，其特征在于所述时间变化显示是表示并行处理计算机中并行性的显示。

25、权利要求23的方法，其特征在于检查步骤包括相对所述时间参考线移动图形显示的步骤。

26、权利要求23的方法，其特征在于所述检查步骤包括同时更新所述多个图形显示以使每个所述图形显示均与由所述时间参考线表示的一个时间同步的步骤。

27、权利要求19的方法，其特征在于转换成各个所述象素图的数结构的数目比存储在每个所述事件历史存储设备中的结构的总数要少。

28、权利要求19的方法，其特性在于所述预定的显示方式是一个窗口，该窗口在所述窗口中含有以图形方式显示的所述象素图，以表示瞬时显示。

29、权利要求23的方法，其特征在于所述象素图包含了多个象素，其中一个象素表示多个数据结构。

30、权利要求29的方法，其特征在于所述转换步骤包括改变由所述象素表示的所述多个数据结构中包含数据结构的数目而不改变由所述垂直取向的时间参考线表示的时间值的步骤。

31、权利要求30的方法，其特征在于所述转换步骤包括，表明所述象素何时代表多个数据结构。

32、权利要求23的方法其特征在于所述时间变化显示是表示并行处理计算机中消息传送的显示。

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