JP2866410B2 - プログラムのテスト方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、プログラムのテスト方法、特に、実行時間
の遅延をはかってなるプログラムのテスト方法に関す
る。

〔従来の技術〕 電子計算機のOSは、ハードウェア資源の効率的な利用
及び応答性の向上を目的とした、複数プログラムを同時
に実行するマルチプログラミングやマルチチューザOSが
一般的である。ここで、マルチプログラミングとは、２
以上のプログラムが時分割に作動することであり、マル
チチューザOSとは、こうした２以上のプログラムを作動
させるようにOSが形成されていることである。

マルチプログラミングOS下で平行に処理されるプログ
ラム同士が相互に協調して仕事をするためには、２つ以
上のプログラムが主メモリ上の共通のデータ領域（共用
データ）をアクセスすることが必要である。

この場合、複数のプログラムが同時に共用データを更
新すると不都合を生じることがある。

２つのプログラム1,2があり、共通にアクセスされる
共用データが主メモリ内にあるとする。

それぞれのプログラムの動作は、例えば簡単のため
に、プログラム１の動きは共用データの値を５つ増す。
その後で、プログラム２の動きは共用データの値を３つ
増すものとする。従って、初期値が１であれば、（１＋
５）＋３＝９の共用データにさせることを意味する。

それぞれのプログラムを実行する機械語の系列は次の
様になる。

プログラム１の動き： （A1）共用データの値をプログラム１内共用データ用バ
ッファに読み込む。

（A2）プログラム１内共用データ用バッファの値を共用
データに書き込む。

プログラム２の動き： （B1）共用データの値をプログラム２内共用データ用バ
ッファに読み込む。

（B2）プログラム２内共用データ用バッファの値に３加
える。

（B3）プログラム２内共用データ用バッファの値を共用
データに書き込む。

なお、関連する従来例には、特開昭60−65350号公報
等が挙げられる。

〔発明が解決しようとする課題〕

プログラム１における命令（A1），（A2），（A3）の
実行と、プログラム２における（B1），（B2），（B3）
と実行とが時間的に相重なると、共用データの値は９に
ならない場合が生じ得る。

例えば第２図の様に（A1）が実行され、次に（A2）と
（B1）が同時に実行（CPUの処理上で考えた場合）さ
れ、次に（A3）と（B2）が同時に実行され、最後に（B
2）が実行された場合である。この結果、（A3）により
共用データは一時的に６となるが、（B3）の実行により
共用データは９ではなく４となってしまう。

この問題を生じないようにするための方法は、２つ以
上のプログラムが同時に共用データを更新しないように
すること、すなわち相互排除できるようにすることであ
る。

この共用データの競合を管理し、相互排除を実現する
のが競合管理処理プログラムである。

競合管理処理プログラムのテストは、意図的に第２図
に示す如き共用データの競合発生させることが必要であ
るため、１つのプログラムが共用データの更新処理を実
行中に他のプログラムの共用データの更新処理を実行し
なければならない。しかし実際の共用データの更新処理
の実行時間は、IMIPS（Million Instruction Per Secon
d）の電子計算機で数μｓにすぎないので、時間的には
１つのプログラムが共用データの更新処理を実行しよう
としたとき、他のプログラムが共用データの更新処理を
実行中である可能性は非常に小さい。現実に競合管理処
理に誤りがあった場合でも不都合が発生するのは、24時
間稼働するオンラインシステムでさえ数年に一度程度で
ある。

しかし競合管理処理プログラムの作成誤りは、システ
ムダウンにつながる可能性が高く、発生による社会的影
響度が大きいため、テストで確実に発見することが必要
である。

しかし共用データの競合が発生する可能性そのものが
小さいため、共用データの競合を発生させることが必要
な競合管理処理のテストを確実に行うことは従来困難で
あった。

上記競合管理処理プログラムのテストを確実に行うた
めには、命令を遅く実行することにより共用データの更
新処理の実行時間を長くすることで、時間的に共用デー
タの競合が発生する可能性を大きくする必要がある。ま
たCPUの負荷を意図的に増大させて、過負荷時のCPUの動
きをテストしてみたいことがある。こうした場合も、一
部のプログラム又はその一部のステップの処理を遅らせ
ることが有効となるはずである。

なお、上記従来例の特開昭60−65350号は実行時間を
長くする例であるが、これはプログラムの動きを遅くす
ることでそのプログラムの細かい動きをみようとするも
のであり、競合管理処理や負荷の増大といった記載はな
い。

本発明の目的は、競合管理処理のテストやCPU負荷の
増大テストを実行時間を変化させて実現させたプログラ
ム制御方法を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、イ先ず、割込み処理プログラムの働く区間
を指定する。具体的には命令の実行時間を変化させる遅
延対象プログラム又は遅延対象ステップの先頭とその最
後尾とを指定する。ロこの指定を受けて処理装置は先頭
位置で割込み処理プログラムを起動させ、最後尾で割込
み処理プログラムを終了させる。ハ更に開始と終了との
区間にあっては、その間のプログラム又はステップの実
行速度を遅くする上記割込み処理プログラムを働かせ
る。ニこの割込み処理プログラムは実行時間を任意に設
定可能なプログラムである。

尚、具体的には、イ，ロの処理装置機能は、デバッグ
時に使用されるトレース割込みを利用すればよい。トレ
ース割込みとは、１命令を実行する毎に、処理装置が自
分自身で割込みを発生させる機能である。従って、対象
プログラムであればそのプログラムを構成する全ステッ
プについて割込み処理プログラムが働き、対象が１ステ
ップであればそのステップ１回限りで割込み処理プログ
ラムが働く。

〔作 用〕

第１図は本発明の原理図であり、第１図を用いて説明
する。

１はプログラムの命令の並びを示し、２は処理装置の
実行順序を示している。

このプログラム１に対して、処理S₄〜S₇までの区間を
実行時間遅延区間を指定したとする。この指定がある
と、処理装置は、処理S₄の先頭で割込み処理プログラム
の起動をかけて実行し、処理S₇の最後尾で割込み処理プ
ログラムを終了させる割込みを行う。即ち、トレース割
込みを採用した場合には、処理装置は命令４を実行し、
割込み発生開始命令３を実行後、１命令実行終了毎に割
込みを発生する。割込み発生により処理装置は現在実行
しているプログラムの処理を中断し、割込み処理プログ
ラム５を実行する。割込み処理プログラム５では、任意
の時間処理を行い、割込み処理を終了する。

処理装置は割込み処理終了後、中断していたプログラ
ムの処理S₅の実行を再開する。次の１命令４の実行終了
後、処理装置は再び割込みを発生させる。

以後、処理装置が割込み発生終了命令６を実行するま
で、割込み処理プログラム５を１命令毎に実行して行
く。

このことにより、プログラムの命令実行時間は、１命
令毎に割込み処理プログラム５を実行しているため、見
かけ上割込み処理プログラムの実行時間分だけ長くな
る。

〔実施例〕

以下、本発明をリソースの競合テストを用いた実施例
で、第３図、第４図、第５図、第７図により説明する。

リソースの競合テストとは、複数のプログラム間で共
有する資源へのアクセスの競合を発生させることによる
競合管理処理部分の相互排除についてのテストである。

本実施例では、命令を遅くする手段として処理装置の
割込みを使用する。第７図が計算機システムのブロック
図であり、第７図は処理装置101、主メモリ102、周辺装
置103より成る。処理装置101は命令制御ブロック104、
実行ユニット105より成り、命令制御部104の命令の読出
し、解読を受けて、実行ユニット105がその実行を行
う。実行ユニット105は、レジスタ群106、演算ユニット
108より成り、演算ユニット108より成り、演算ユニット
108は、レジスタ群106との間でデータの受渡しを行いな
がら所定の演算を行う。レジスタ群106中のステータス
レジスタ107が本実施例で重要な役割を果す。第３図が
割込み処理の概要である。一般に割込みは周辺装置103
が処理装置101にサービスを要求するときや主メモリ装
置102に格納しているプログラムを実行中に異常が発生
したとき、発生した異常に対応する主メモリ装置102に
格納している処理プログラムを実行するために使用され
ている。本実施例ではトレース割込みを使用する。

割込みが発生すると、処理装置101はどの処理プログ
ラムを実行するのかを識別するために各周辺装置103に
割り当てた割込みベクタ番号（割込み種別を示す信号）
を周辺装置103から受け取り、割込みベクタ番号から割
込み処理プログラムの先頭アドレスを格納している割込
みベクタアドレスを算出し、割込みベクタを読み込み、
割込み処理プログラムを実行する。

割込み処理により命令の実行速度を見かけ上遅くする
には、１命令の実行毎に割込みを発生し、時間遅延用
（例えばその間、何の実行も行わない処理であるノーオ
ペ処理）割込み処理プログラムを実行させ、割込み処理
プログラムで時間を遅延させることが必要である。

１命令の実行毎に割込みを発生させるには、処理装置
101の命令追跡機能（トレース割込み機能）を使用す
る。命令追跡機能のは、処理装置のステータスレジスタ
107の命令追跡ビットが１のとき、１命令の実行毎に、
処理装置101が割込みを発生させる機能である。この機
能を使用するため、第５図のプログラム１の競合管理処
理開始部分ISの直前に、ステータスレジスタ107の命令
追跡ビットを１にする処理を追加し、競合管理処理終了
部分IEの直後に、ステータスレジスタ107の命令追跡ビ
ットを０にする処理を追加する。

なお、命令の実行速度を遅くする区間は、割込みを発
生させる区間であるので、ステータスレジスタ107の命
令追跡ビットの操作処理の位置を変えることにより、命
令の実行速度を遅くする区間が任意に設定可能になる。

割込み発生時に割込み処理プログラムを実行させるに
は、割込みベクタへ割込み処理プログラムの先頭アドレ
スを登録することが必要であるので、命令追跡割込みの
割込みベクタ番号から割込みベクタのアドレスを算出
し、割込み処理プログラムの先頭アドレスを登録する。

第４図が割込み処理プログラムのフローチャートであ
る。割込み処理プログラムは見かけ上の命令の実行速度
を遅くするための時間稼ぎが目的であるため、ループ回
数を設定してループさせるだけで十分である。ループ回
数は命令を遅くする時間によって任意に設定可能であ
る。

また割込み処理プログラムは、目的が時間稼ぎに有る
ので、割込み処理プログラムに共用データの競合発生の
有無を監視させることも可能である。競合管理処理プロ
グラムは、１つのプログラムが共用データの更新処理中
に共用データを更新しようとした他のプログラムを待ち
状態にする。待ち状態にしたプログラムは、待ち状態を
管理するテーブルへ登録され、共用データを更新中のプ
ログラムが更新処理終了後に競合管理処理プログラムに
より、待ち状態から解放される。

したがって共用データの競合発生の有無は、待ち状態
を管理するためのデーブルを監視することで判断するこ
とができるので、割込み処理プログラムにこのテーブル
を監視させることにより、競合発生の有無を簡単に調べ
ることができ、テスト効率が向上する。競合発生時のテ
ーブルの内容を出力させることにより、デバック効率が
向上する。

また、割込みを発生させる代りに、ハード命令をソフ
トウェアでシミュレーションすることにより、命令の実
行速度を遅くすることも可能である。

１命令毎に割込みを発生させるために、処理装置の命
令追跡機能（デバック時のトレース割込みのこと）を使
用した。命令追跡機能では、ステータスレジスタ上にオ
ペレータの指定する割込み区間（第１図の例でのS₄〜S₇
の区間を云う）をセットするレジスタである。処理装置
はこのレジスタの指定データをみて割込みの起動及び終
了を指示する。そして処理装置のステータスレジスタの
命令追跡ビットが１のとき、１命令を実行する毎に割込
みを発生させる。このトレース割込み機能を使用するた
めの処理例を第５図に示す。第５図は、プログラム１に
割込みをかけ、プログラム２に割込みをかけない例を示
した。また、プログラム１は、第１図対応のS₄〜S₇の区
間の割込み例であり、S₄〜S₇の各実行後（τ₁,τ₂,…の
処理時間後）に、割込みプログラムの実行（T₁）を行わ
せている例を示した。これにより、本来ならば競合発生
の確率は少ないのであるが、プログラム１の処理でわか
るように区間T₃にわたって競合発生用の処理が生じたこ
とになり、意図的な競合発生を作り出せる。

以上の処理を実現するためには、第５図のプログラム
１の競合管理処理開始部分ISの直前に、ステータスレジ
スタの命令追跡ビットを１とする処理を追加し、競合管
理処理終了部分IEの直後に、ステータスレジスタの命令
追跡ビットを０に戻す処理を追加すればよい。

さて、第５図において、プログラム２は本発明を用い
ていないので、競合管理処理部分の実行時間T₂はｔ＝0.
5となる。プログラム２の全体の実行時間はｔ＝10であ
り、実行中は他のプログラムが一様に実行できると仮定
すると、競合が発生する確率は、競合管理処理部分の実
行時間／全体の実行時間で表され、0.05となる。

しかし本発明を用いているプログラム１では、競合管
理処理部分の１命令の実行毎に割込み処理プログラムが
実行されているので、競合管理処理部分の実行時間T₃は
ｔ＝13となり、26倍長くなる。プログラム１の全体の実
行時間はｔ＝21であるので、上記仮定の上で競合が発生
する確率を求めると0.62となり、本発明を用いていない
場合の12倍となる。

このように本発明により競合が発生する確率を高くす
ることができる。

次に本発明を負荷テストに用いた実施例で、第４図，
第６図を用いて説明する。

負荷テストとは、処理装置の負荷を増加させ、処理装
置によるプログラムの実行時間が激減したときの実行時
間が激減したプログラム及び他のプログラムへの影響に
ついてのテストである。

割込み処理プログラムは第４図のフローチャートを使
用する。

第６図を用いてプログラムの動作を説明する。

割込み発生区間はプログラム全体（IS〜IE）とする。

プログラム起動直後、一命令全体後毎に割込みが発生
する。このことによりプログラムの実行時間t₁〜t₂は、
（プログラムの処理時間ΣT₁）＋（割込み処理プログラ
ムの実行時間ΣT₂）となる。よってプログラム一つだけ
しか動作していなくても、処理装置がプログラムの処理
を行っている割合は、ΣT₁/（ΣT₁＋ΣT₂）となり、割
込み処理プログラムのループ回数を変更することによ
り、割込み処理プログラムの実行時間T₂を調節し、任意
の値の負荷でプログラムを実行することが容易に可能と
なる。

尚、以上の各実施例でトレース割込み例を使用した
が、その種類の割込みにより、実行時間を実質的に遅ら
せてもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、特定プログラム又は特定プログラム
の特定処理の動作時間を任意の値まで遅くし、プログラ
ム毎の実行速度に差をつけることにより、複数プログラ
ムで共有されている資源に対し競合が発生する確率を高
くすることができる。したがって、従来困難であったリ
ソースの競合テストを容易に実施することができる。

また、プログラム全体の命令の実行速度を遅くするこ
とにより、少ないプログラムを実行することで処理装置
に多くの負荷が加わった状態にすることができる。

したがって少ないプログラムを実行することで、容易
に負荷テストを実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理図、第２図は共用データ更新のフ
ローチャート、第３図は割込み処理の概要を示すフロー
チャート、第４図は割込み処理プログラムのフローチャ
ート、第５図は本発明をリソースの競合テストに用いた
ときのタイムチャート、第６図は本発明を負荷テストに
用いたときのタイムチャート、第７図は本発明の計算機
システム図である。 １……タスクの命令の並び、２……処理装置の実行順
序、３……割込み発生開始命令、４……タスクの命令、
５……割込み処理プログラム。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 関 光平 茨城県日立市大みか町５丁目２番１号 日立プロセスコンピュータエンジニアリ ング株式会社内 (72)発明者 中島 宏 茨城県日立市大みか町５丁目２番１号 日立プロセスコンピュータエンジニアリ ング株式会社内 (72)発明者 大脇 隆志 茨城県日立市大みか町５丁目２番１号 株式会社日立製作所大みか工場内 (72)発明者 大島 啓二 茨城県日立市大みか町５丁目２番１号 株式会社日立製作所大みか工場内 (56)参考文献 特開 平１−113843（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−175947（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−144135（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−297937（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G06F 11/28 - 11/34 G06F 12/00 535 G06F 15/16

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数のプログラム間で共有する資源へのア
   クセスの競合を発生させることにより競合管理処理部分
   の相互排除についてテストを行なう方法において、 排他制御が必要なプログラム間で共有する資源を複数の
   プログラムが操作時に、一部のプログラムの共有する資
   源を操作する処理部分に対し、競合発生確率を高めるた
   めの範囲を指定して指定した範囲の命令実行遅延処理を
   行なうことを特徴とするプログラムのテスト方法。