CN1337024A

CN1337024A - 跟踪数据的方法

Info

Publication number: CN1337024A
Application number: CN00802914A
Authority: CN
Inventors: M·斯洛马克
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1999-01-19
Filing date: 2000-01-03
Publication date: 2002-02-20
Also published as: DE19901879A1; US6785883B1; DE10080128D2; ID29138A; WO2000043885A1

Abstract

在一种装置E中借助从数据结构DS所获取的跟踪控制数据TSD,由过程TRC求出存储范围SB和跟踪在其中所存储的数据D,此装置E在由存储单元SZ组成的存储器MEM中含有在一种数据结构DS中所存储的跟踪控制数据TSD,通过这些跟踪控制数据TSD规定至少由一个或多个相邻存储单元组成的存储范围SB。由此不重新翻译过程TRC地使在装置运行期间灵活可配置地跟踪数据D成为可能。

Description

跟踪数据的方法

在处理信息的流行的装置中，许多-也称为’处理过程Prozess’的-信息处理过程，通常在装置中所安排的加工处理过程的装置中，例如在处理机中得到运行。在此把处理过程理解为一种按算法，即在一序列的各个信息处理步骤中，运行着的信息处理的过程。处理过程的实例是文件编辑或电子邮件的交换；信息处理步骤的实例是文件的打开，打印和/或存储，或内存中存储器范围的改变。

在控制程序的条件下，通过处理机进行信息处理步骤的实施，这些程序由-也称为’机器指令’的-指令序列组成。在此，处理机的不同的基本处理步骤以不同的机器指令为特征。基本处理步骤的实例是算法的运算，例如整数的相加或相减。因此由程序给处理机指明，应以何种顺序提供它的基本处理步骤中的哪些处理步骤。为了实施信息处理步骤由程序按信息处理步骤的种类不同而使用流行的信息处理装置的不同部件。这些部件也称为’运行装置(Betriebsmittel)’。运行装置的实例是打印机，处理机，存储区或文件。为了保证尽可能最佳地充分利用运行装置，通常同时，即交替地或共同地使用这些运行装置。装置的这种运行模式称为’多程序运行’或’多重运行(Tasking)’，即装置看起来同时处理多个程序。在此可以顺序地，即一个接着另一个地，或并行地，即时间上互相犬牙交错地，进行程序的运算。犬牙交错地运算多个程序也称为’交织’。

由于例如通过运行装置的同时使用可能产生冲突-例如当两个程序同时想在同一打印机上输出数据，或同时想写入地访问一个相同的文件时-，通常安排了操作系统用于运行装置的管理。操作系统在此包括那些程序，这些程序此外控制和监控对操作系统的访问，处理在装置中运行着程序的时间顺序和运行模式的维持。为了区分，将这些控制程序称为’操作系统程序’，或也称为’系统软件’，和将借助系统软件访问运行装置的程序称为’使用者程序’或也称为’应用软件’。

为了支持将程序分为两个等级的这种划分，流行的处理机通常规定两种运行模式，一种特许的运行模式-也称为’系统模式’-，和一种非特许的运行模式-也称为’使用者模式’-，在此特许的运行模式中没有机器指令作用方式的限制地允许实施所有的机器指令，在此非特许的运行模式中在机器指令的作用方式上限制或禁止了几个机器指令。例如在非特许的运行模式中禁止用其对装置的运行装置实施直接访问的那些机器指令。通常应用软件以使用者模式，而系统软件以系统模式得到运行。因此只能借助系统软件由应用软件访问装置的运行装置。因此在使用者程序中不含有那些程序部分，这些程序部分例如查明，在内存的哪些存储单元中存储使用者程序，如何和在何处在例如硬盘的背景存储器上存放使用者程序的数据，以何种顺序运算使用者程序，或如何防护使用者程序和数据受到未经许可的访问。由操作系统承担这些和其它的任务，例如管理，控制或监控任务。例如由操作系统实施以下基本的信息处理步骤：

-由键盘读入一个符号

-输出一个符号到屏幕上

-读入一个程序到存储器中。

在操作系统中安排了不同的’操作系统过程’用于实施基本的信息处理步骤。过程(Prozedur)在此是汇总成可调用单元的机器指令的序列。这些机器指令的序列一般由应用软件调用。在流行的处理机上通常借助由处理机用其中断调用着的程序的执行和向系统软件转移的机器指令，来进行操作系统过程的调用。中断也称为’Interrupt中断’，机器指令’SVC’(管理程序调用)和所调用的操作系统过程也称为’SVC过程’。在所调用过程的完全的处理之后通常向调用着的程序的下一个机器指令转移，即向在调用着的程序的机器指令序列中紧随机器指令SVC的机器指令转移。

鉴于尽可能灵活的使用可能性，过程通常含有可变的部分-也称为’形式的参数’-，大多在过程的调用时由调用着的程序通过’调用参数’的说明来确定这些可变的部分。在此按也称为’参数转交’的某些规则通过调用参数来代替形式的参数。在过程的处理之后通常由所调用的过程给调用着的程序转交’结果参数’，这些结果参数含有由过程的任务所确定的信息，例如任务确认，差错信号或由过程所计算或所求出的值。在此所计算结果参数的值常常依赖于调用参数的值。

由于较大的灵活性，具有形式参数的过程却是比没有形式参数的过程更易出差错的。所以在程序的无差错性检测时必须以较高的细致性测试具有形式参数的过程。两种潜在的差错源在此是特别重要的：

(1)过程的结果参数值一般不是对于调用参数的所有可能的值组合规定的。因此应检测，是否总是用调用参数的允许的值组合来调用过程，

(2)过程可能具有逻辑的编码差错。所以应检测，是否由过程对输入值的任何允许的组合提供所希望的结果。

因此在程序检测时，即在程序中搜索差错时，过程的调用和结果参数的登录(Protokollierung)对于过程的检查是有核心意义的。

由于因为流行程序的复杂性对无差错性的完整测试却常常是不可能的，甚至所测试的程序经常还具有在程序执行期间因而可能出现的差错。在此由于操作系统所述的核心作用，操作系统程序的过程中的差错一般比使用者程序中的差错具有较大的后果，例如装置和所有在其上运行的使用者程序的失灵。

查出差错的通常方法是借助-也称为’调试程序’的-运行跟踪程序来检验程序过程的实施。在此在控制调试程序的条件下逐步跟踪程序的运行。在此例如在每一步骤之后由调试程序仃止程序运行，并且可以显示存储在内存存储单元中的数据，例如调用参数和结果参数。可是一般没有控制调试程序地进行程序的运行，因为通过调试程序显著地，例如达10倍地放慢程序的运行时间。此外在控制调试程序条件下的程序运行时，由于程序在时间上放慢的运行常常不再出现例如偶然出现的差错。此外用调试程序的差错搜索要求，终止有差错的程序，并且随后与调试程序一起启动，这导至程序的中断。因此这种方法不适合于查出操作系统程序中的差错，因为通常由于大多与此相连的装置运行的中断不应终止和重新启动操作系统程序。尤其是在用于交换电话通话的装置上这一点是不受欢迎的。

所以存在着这种必要性，在按规定的运行期间跟踪程序的运行-这在专业界也称为’跟踪Trace’(dt。(德语)＝踪迹，跟踪踪迹)。通常为此插入专门的机器指令到程序的过程中，这些专门的机器指令有针对性地检验例如在内存中的某个存储范围中某些数据，通常为过程的调用参数和结果参数，或检验背景存储器上的文件。这却有这种缺点，当未在专门的机器指令中规定了这些数据的检验时，不检验必要时对于查出差错额外必要的其它数据。此外当检验可能是不必要时，则也由于检验而减慢程序的运行。这在操作系统过程上是特别不利的，因为通过操作系统的减慢使所有由操作系统管理的使用者程序减缓，甚至减缓无差错地得到运行的那些使用者程序。

在Engesser，Hermann[出版]；Claus，Volker[编著]；杜登(Duden)″信息学″，第二版；曼海姆；来比锡；维也纳；苏黎世：杜登出版社；1993；ISBN 3-411-05232-5；中公开了以上所说明的技术背景。尤其是请参阅第8页及其它(运行协议，跟踪)，笫83页及其它(运行模式)，第86页(运行装置)，第86页及其它(操作系统)，第188页(调试程序)，第457页及其它(并行性)，第557页及其它(过程Prozedur)，第559页及其它(处理过程Prozese)，第720页及其它(测试)和第756页及其它(中断)。

因此，基于本发明的任务在于，如此进一步发展开始时所述类型的一种方法，使得改善数据的跟踪。通过权利要求1的特征解决此任务。

本发明基本上可见于，从-以下也称为跟踪过程(Trace-Prozedur)的-一个第一过程从存储在装置存储器中的数据结构中获取-以下也称为跟踪控制数据的-一个第一信息，借助跟踪控制数据求出至少一个存储范围，并且至少跟踪存储在存储范围中的数据。按本发明方法的基本优点产生于，由于跟踪控制数据的分离可以由跟踪过程很灵活和没有跟踪过程的重新翻译地确定，应由跟踪过程跟踪哪些数据。尤其是如果例如在差错搜索时发现，其它数据的跟踪对于差错诊断是必要的话，则在跟踪期间可以附加地通过跟踪控制数据的扩充检验其它的数据。此外因此也可以不中断运行地阻止跟踪，采用的办法是通过跟踪控制数据查明没有要跟踪的存储范围。在操作系统过程上这一点是特别有利的，因为当放弃跟踪时，在这里所有的使用者程序更快地得到运行。此外通过逐步减小要跟踪数据的范围，或通过选择性地跟踪很少几个数据，在偶然出现的差错的情况下必要时可能达到，只要通过有针对性的跟踪仅极微小地延迟操作系统过程的时间上的运行，这些差错继续出现。

按本发明方法的一种构成，通过在第一信息中所含的第一存储单元存储器地址的和存储单元数目的说明来规定存储范围-权利要求2。按本发明方法的一种其它的构成通过在存储范围中所存储数据的类型说明来规定存储单元的数目-权利要求3。因此在差错搜索时可以以特别简单的方式说明调用参数和结果参数，因为无论这些参数的存储器地址还是它们的数据类型通常是已知的。

按本发明方法的一种变型通过在第一信息中所含有的第一存储单元的和最后存储单元的存储器地址的说明来规定存储范围- 4。以此可以有利地说明任意的存储范围。例如当在存储范围中存储了具有不同类型的数据和因而对于每个数据类型的长度说明是不可能时，这一点则是特别有利的。

按本发明方法的一种进一步发展规定了，由运行装置的和含有至少跟踪过程及-以下也称为SVC过程的-一个第二过程的操作系统，在调用SVC过程时不调用SVC过程而调用跟踪过程-权利要求5。因此跟踪过程有利地得到运行，尽管由调用者已调用SVC过程。因此没有必要改变调用着的程序，由此有利地取消对此通常必要的调用着程序的重新翻译。当例如由于不存在程序源文件而不能翻译调用着的程序时，这一点是特别有利的。

按本发明方法的一种构成由跟踪过程调用SVC过程-权利要求6。因此甚至在向跟踪过程转移时有利地提供由SVC过程实施的业务。

按本发明方法的一种进一步发展规定了，依赖于在数据结构中所含有的，规定存储范围跟踪时刻的第二信息-以下同样称为跟踪控制数据-，在调用SVC过程之前和/或之后跟踪至少在存储范围中所存储的数据-权利要求7。因此可以按需求来调节应跟踪数据的范围。因此例如由本来调用着SVC过程的程序所转交的调用参数仅仅在调用之前是重要的，并且由SVC过程所形成的结果参数在SVC过程调用之后才是重要的。

按本发明方法的一种构成由操作系统如此控制装置，使得仅仅由操作系统可以访问数据结构-权利要求8。因此可以由应用软件既不例如因应用软件中的程序差错而无意地，也不例如在由计算机病毒修改操作系统时而有意地改变跟踪控制数据。

按本发明方法的一种其它的构成依赖于控制信息地由操作系统修改跟踪控制数据-权利要求9。这一点是有利的，因为常常在差错分析期间才变得明显，何时应跟踪哪些数据。

按本发明方法的一种进一步发展依赖于其它的控制信息由操作系统调节，在调用SVC过程时不调用SVC过程而调用跟踪过程-权利要求10。因此可以选择性地调节，是否应跟踪或不跟踪SVC过程。只要跟踪是去激活的，操作系统的处理速度则由于未进行跟踪而提高。

按本发明方法的一种构成在装置运行期间进行由操作系统实施的修改-权利要求11。因此在装置运行的任何时刻在差错搜索时可以按需求不同而灵活地调节，由操作系统的哪个过程跟踪哪些数据。

以下借助两个附图详述按本发明的方法。在此

-图1在方框电路图中展示按本发明方法在其中得到运行的一种流行装置，

-图2在流程图中展示按本发明跟踪方法的流程。

图1中示范性地表示了含有至少处理过程处理装置以及存储器设备的一种信息处理装置E。处理过程处理的装置是构成为处理机CPU的，存储器设备是构成为RAM存储器MEM的。处理机CPU和存储器MEM是互相连接的。在存储器MEM中在由一个或多个相邻存储单元SZ所形成的存储范围SB中存储了数据D。

由在存储器MEM中所存储的操作系统BS来调节装置E的运行。操作系统BS在此包括

(1)多个操作系统过程BSP，

(2)一个中断矢量IRV以及

(3)一种数据结构DS。

安排了一个中断处理程序IRH，一个跟踪过程TRC以及一个第一SVC过程SVC(1)和一个第二SVC过程SVC(2)作为操作系统过程BSP。中断矢量IRV是安排用于在操作系统内部管理操作系统过程BSP的，并且含有到操作系统过程SVC(1)上的一个第一过程引导(Prozedurverweis)IR1和到跟踪过程TRC上的一个第二过程引导IR2。在数据结构DS中存储了跟踪控制数据矢量TSDV和跟踪控制数据TSD。在此安排了跟踪控制数据矢量TSDV用于在操作系统内部管理跟踪控制数据TSD。通过在数据结构DS中的存储将跟踪控制数据TSD有利地从跟踪过程TRC分离。为了将跟踪控制数据TSD与跟踪过程TRC连接，从跟踪过程TRC引导到管理跟踪控制数据TSD的跟踪控制数据矢量TSDV上。跟踪控制数据矢量TSDV含有一个第一跟踪控制数据引导TSDP(IR1)和一个第二跟踪控制数据引导TSDP(IR2)。第一跟踪控制数据引导TSDP(IR1)引导到第一跟踪控制数据TSD(1)上，从这些跟踪控制数据TSD(1)又引导到第二跟踪控制数据TSD(2)上。第二跟踪控制数据引导TSDP(IR2)引导到第三跟踪控制数据TSD(3)上。在存储范围SB(TSD)中存储了跟踪控制数据TSD。它们例如含有各一个第一信息INF1和各一个第二信息INF2以及必要时含有到其它跟踪控制数据TSD上的引导。在经其从跟踪控制数据引导TSDV(IR1)出发的引导序列中，引导到确定在跟踪操作系统过程SVC(1)时应跟踪哪些数据D的那些跟踪控制数据TSD上。以类似的方式在经其从跟踪控制数据引导TSDV(IR1)出发的引导序列中，引导到确定在跟踪操作系统过程SVC(2)时应跟踪哪些数据D的那些跟踪控制数据TSD上。

由在存储器MEM中所存储的操作系统过程BSP和/或使用者程序BP控制处理过程处理。一个第一使用者程序BP(1)和一个第二使用者程序BP(2)是作为使用者程序BP表示的。处理机CPU的运行模式BM在此在实施使用者过程BP期间是调节到非特许运行模式NPM上的，并且在实施操作系统过程BSP期间是调节到特许运行模式PM上的。因此排除了使用者程序BP对数据结构DS的访问，因为数据结构DS是分配给操作系统BS的，并且因此只能以特许运行模式PM访问。此外在存储器MEM中存储了操作系统BS和使用者程序BP(1)可以访问的调用参数AP和结果参数EP。

图2中示范性地表示了跟踪过程TRC的调用与在此对存储器MEM中数据D所进行的访问。在此安排了四个运行序列，这些运行序列代表使用者程序BP的以及三个操作系统过程BSP-中断处理程序IRH，跟踪过程TRC和SVC过程SVC-的运行。操作系统过程BSP在此是操作系统BS的部分，并且由处理机CPU以特许运行模式PM处理，而使用者程序BP以非特许运行模式NPM得到运行。通过代表数据结构DS，中断矢量IRV和存储范围SB的三条虚线表示了由程序所访问的和存储在存储器MEM中的数据D。通过虚线的表示说明，仅仅由程序使用数据，数据本身却不合有实施按本发明方法运行的程序部分。

对于实施例假设，由使用者程序BP(1)调用SVC过程SVC(2)。在此将调用参数AP转交给操作系统BS，采用的办法是在存储范围SB(AP)中存储调用参数。通过机器指令中断请求IRQ(SVC(2))来进行调用，通过机器指令中断请求IRQ(SVC(2))指出，SVC过程SVC(2)应得到运行。作为中断请求IRQ(SVC(2))的结果由处理机CPU中断使用者程序BP(1)的运行，并且替代于此地处理中断处理程序IRH。在此将处理机的运行模式从非特许运行模式NPM向特许运行模式PM转接。由中断处理程序IRH访问存储在操作系统BS的一个固定规定位置上的中断矢量IRV。在此假设操作系统BS是借助控制信息SI(IRV)如此配置的，使得SVC过程SVC(2)的每一个调用受到跟踪。为此在中断矢量IRV中从过程引导IR2不引导到SVC过程SVC(2)上，而是引导到跟踪过程TRC上。所以在分析处理借助分析处理指令EVAL(IRV)所进行的中断引导IR2之后，由中断处理程序IRH借助调用指令CALL(TRC)不调用原来所调用的SVC过程SVC(2)而调用跟踪过程TRC。

由跟踪过程TRC在它的调用之后访问数据结构DS和获取跟踪控制数据TSD(3)。用分析处理指令EVAL(IRV)进行对数据结构DS的访问。在此从跟踪控制数据TSD(3)中获取信息INF1(3)和INF2(3)。在此假设跟踪控制数据TSD(3)是借助控制信息SI(DS)如此配置的，使得在其中存储了调用参数AP的存储范围SB(AP)是以所含有的第一信息INF1(3)为特征的，并且通过第二信息INF2(3)确定，在调用SVC过程SVC(2)之前应进行存储范围SB(AP)的跟踪。于是由跟踪过程TRC借助跟踪指令TRACE(1)跟踪在存储范围SB(AP)中所存储的调用参数AP。随后由跟踪过程REC借助调用指令CALL(SVC(2))调用SVC过程SVC(2)。于处理SVC过程SVC(2)的同时，在存储范围SB(AP)中存储结果参数EP。在SVC过程SVC(2)的处理终止之后接着进行跟踪过程TRC的处理。由于在数据结构DS中未存储着其它重要的跟踪控制数据TSD，而不进行数据的其它跟踪。因此结束了操作系统BS之内的处理，并且接着进行使用者程序BP(1)的处理。通常在此将处理机CPU的运行模式重新从特许运行模式PM返回向未特许运行模式PM转接。

只要在装置E的运行期间的SVC过程的这种跟踪的过程中发现，应同样跟踪结果参数EP，则通过输入控制信息SI(DS)将数据结构DS扩充含有一个第一信息INF1(4)和一个第二信息INF2(4)的其它跟踪控制数据TSD(4)。在此在其中存储了结果参数EP的存储范围SB(EP)是以第一信息INF1(4)为特征的，并且通过第二信息INF2(4)来确定，在调用SVC过程SVC(2)之后应进行存储范围SB(AP)的跟踪。如果结果参数例如是通过数据类型INTEGER的一个值代表的话，则通过存储范围SB(EP)第一存储单元SZ的存储器地址的说明和数据类型INTEGER的说明来进行存储范围SB(EP)的确定。另可选择地可以通过存储范围SB的第一和最后的存储单元的说明进行确定。例如为了测试跟踪过程，跟踪控制数据TSD的跟踪也许可能是必要的。为此跟踪整个存储范围SB(DS)，通常在此整个存储范围SB(DS)中存储跟踪控制数据TSD。通过对于存储范围SB(DS)所安排存储单元SZ的第一和最后的存储单元的说明来进行存储范围SB(DS)的确定。在接着进行调用着的使用者程序BP的处理之前，由于这种修正，在SVC过程SVC(2)的每个继续的调用时由跟踪过程TRC借助跟踪指令TRACE(2)跟踪结果参数EP。

最后要提示的是，在装置E的运行期间和无操作系统程序BSP的或使用者程序BP的中断地来进行数据结构DS的修改，并且立即是起作用的。

Claims

1.在装置(E)中跟踪数据(D)的方法具有

-至少一个由存储单元(SZ)组成的存储设备(MEM)，

-一个第一信息(INF1)，通过此第一信息(INF1)规定由一个或多个相邻存储单元(SZ)组成的存储范围(SB)，和

-至少一种在存储设备(MEM)中所存储的数据结构(DS)，此数据结构(DS)至少含有第一信息(INF1)，

依此由一个第一过程(TRC)

(1)从数据结构(DS)中获取第一信息(INF1)，

(2)借助第一信息(INF1)求出存储范围(SB)，和

(3)跟踪在存储范围(SB)中所存储的数据(D)。

2.按权利要求1的方法，其特征在于，通过第一存储单元(SZ)存储器地址的和存储单元(SZ)数目的，在第一信息(INF1)中所含有的说明来规定存储范围(SB)。

3.按权利要求2的方法，其特征在于，通过在存储范围中所存储数据(D)的类型说明来规定存储单元(SZ)的数目。

4.按权利要求1的方法，其特征在于，通过第一存储单元(SZ)和最后存储单元(SZ)的存储器地址的，在第一信息(INF1)中所含有的说明来规定存储范围(SB)。

5.按以上权利要求之一的方法，其特征在于，由运行着装置(E)的和至少含有第一过程(TRC)和第二过程(SVC)的操作系统(BS)在调用第二过程(SVC)时不调用第二过程(SVC)而调用第一过程(TRC)。

6.按权利要求5的方法，其特征在于，由第一过程(TRC)调用第二过程(SVC)。

7.按权利要求5或6之一的方法，其特征在于，依赖于在数据结构(DS)中所含有的，规定存储范围(SB)跟踪时刻的第二信息(INF2)，在调用第二过程(SVC)之前和/或之后至少跟踪在存储范围(SB)中所存储的数据(D)。

8.按权利要求5至7之一的方法，其特征在于，由操作系统(BS)如此控制装置(E)，使得仅仅由操作系统(BS)可以访问数据结构(DS)。

9.按权利要求7或8之一的方法，其特征在于，依赖于控制信息(SI(DS))由操作系统(BS)修改第一信息(INF1)和/或第二信息(INF2)。

10.按权利要求5至9之一的方法，其特征在于，依赖于其它的控制信息(SI(IRV))由操作系统(BS)调节，在调用第二过程(SVC)时不调用第二过程(SVC)而调用第一过程(TRC)。

11.按权利要求9或10之一的方法，其特征在于，在装置(E)的运行期间进行由操作系统(BS)实施的修改。