JPH0561734A - 並列プログラムの非決定的動作テスト方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数のプロセスが通信しあう並列プログラム
の非決定的動作をテストにより保証し、運用時、該非決
定的動作に起因した障害の発生を減少せしめる。 【構成】 テスト実行部１０はテスト対象の並列プログ
ラム及びテストデータを入力して実行する。通信履歴取
得部２０は、プロセス毎に通信履歴を取得して通信履歴
保存部３０に記憶する。非決定的動作検出部４０は、通
信履歴保存部３０を解析して、その時の動作が非決定的
動作を含んでいたかどうか明らかにし、非決定的動作を
含んでいたならその場所と条件を検出して代替動作条件
保持部５０に設定する。非決定的動作制御部６０は、代
替動作条件保持部５０を調べ、その時の動作が非決定的
動作を含んでいた場合、通信制御部１１０を制御して、
起こり得る代替動作をテスト実行部１０に再実行せしめ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、並列プログラムの非決
定的動作を対象とするテスト方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】並列プログラムの非決定性に起因する不
定な動作およびその再現性の欠落は、並列プログラムを
用いたシステムの開発、運用に大きな問題を引き起こ
す。従来、この問題に対し、テスト工程や実際の運用時
に生じた障害を解析するデバグ技術としては、Ｉnstant
Ｒeplayなどいくつかの再演テスト法が提案されている
（文献：Ｔ.Ｊ.Ｌeblanc，Ｊ.Ｍ.Ｍellor−Ｃrummey，
“Ｄebugging ＰarallelＰrograms with Ｉnstant Ｒep
lay”,ＩＥＥＥ Ｔransactions on Ｃomputers，ｖol
Ｃ−３６，Ｎo.４，Ａpril １９８７）。この再演テス
ト法とは、プロセス間の情報のやりとりに用いられるメ
ールボックスや共通変数に履歴通りの順序でしかアクセ
スを受け付けない機能をもたせることにより、従前の実
行を再現可能とする方法である。しかし、このデバグ技
術は、障害が生じた場合の対処法を支援するものであ
り、システムの誤りを検出することにより品質向上に積
極的に貢献するものではない。システムの品質を保証す
るためには十分なテストが必要であるが、現在、並列プ
ログラムの非決定的動作に関するテスト技術は確立され
ておらず、またそのようなテスト自体も実施されていな
い。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】複数のプロセスが通信
記述を用いて協調動作する並列プログラムには、通信処
理に関して次の非決定性が存在する。第一は１つのrece
iveに対して複数のsendが存在すること、また第二は１
つのsendに対し複数のreceiveが存在することである。
この例を図３に示す。図中、Ｐ０、Ｐ１、Ｐ３はプロセ
スであり、矢印元が送信（send）、矢印先が受信（rece
ive）である。

【０００４】並列プログラムのもつ非決定性が原因で起
こる実行毎に不定の動作について、その正当性をテスト
により保証するには、各動作を意図的に実行して結果を
確認しなければならない。そのためには、まず、対象と
する並列プログラムが非決定的動作を起こす可能性があ
るかどうかを明かにする必要がある。さらに、その並列
プログラムにどのような非決定的動作が存在するかを分
析し、また、そのうちどの動作をテスト実行させるかを
決定しなければならない。このとき、各プロセスの動作
はその制御構造と動的に決定される入力データや初期状
態に基づいて決定されるため、並列プログラムの非決定
的動作を各プロセスの静的解析だけから推測するのは困
難である。

【０００５】本発明の目的は、並列プログラムの非決定
性に起因するさまざまな動作およびその結果をプログラ
ム実行により確認する非決定的動作テストの実施を、プ
ログラムの動的解析を用いて可能とすることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、複数のプロセスが通信記述を用いて協調
動作する並列プログラムのテスト実行時の各プロセスの
通信履歴をとり、その通信履歴をもとにその時の動作が
非決定的動作を含んでいたかどうか、含んでいたならば
その場所と条件を検出し、その条件を用いて並列プログ
ラムの動作を制御して別の動作を意図的にテスト実行す
るようにしたものである。

【０００７】

【作用】まず、テスト対象である並列プログラムに一意
の入力データを与え実行する。このとき、プロセス毎
に、実行された送信命令と、実行された受信命令および
その実行で実際に受信した信号を要素とし、それらを実
行順に並べて通信履歴として記憶する。次に、各プロセ
スの通信履歴から組合せ可能な送受信の組を求める。こ
こで、すべての送受信の組が一対一に決定できない場
合、その実行は非決定的動作を含んでいたと判定する。
その場合、送受信の組合せを制限して、通信履歴とは異
なる送受信の組合せを再実行する。この再実行における
通信履歴が以前のものと同じである保証はないため、再
実行においても通信履歴を記憶しておき同様の解析を実
施する。このように、再実行を繰り返すことで種々の非
決定的動作の正当性を確認する。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面により
詳述する。

【０００９】図１は本発明の一実施例のブロック図であ
る。図１において、テスト実行部１０は通信制御部１１
０を有し、テスト対象である並列プログラム及びテスト
データを入力して実行するものである。このテスト実行
部１０には、一般には並列プログラムが実際に走行する
実計算機が用いられる。通信履歴取得部２０は、プロセ
ス毎に、テスト実行部１０で実行された通信履歴（実行
された送信命令と受信命令および実際に受信した信号等
を実行順に並べたもの）を取得し、通信履歴保存部３０
に記憶するものである。非決定的動作検出部４０は、通
信履歴保存部３０の各プロセスの通信履歴から送受信の
可能な組合せを求めることにより、その時の動作が非決
定的動作を含んでいたかどうかを明らかにすると同時
に、非決定的動作を含んでいたならばその場所と条件を
検出して、代替動作条件保持部５０に記憶するものであ
る。非決定的動作制御部６０は、代替動作条件保持部５
０を調べ、実際に行われた送受信とは異なる送受信の組
合わせ条件（代替動作条件）を通信制御部１１０に与え
て動作を制限し、並列プログラムをテスト実行部１０で
再実行せしめるものである。

【００１０】図２に、図１の全体の動作フローを示す。
以下、具体例により、図２に従って並列プログラムの非
決定的動作テストを説明する。

【００１１】テスト対象の並列プログラムは３つのプロ
セスＰ，Ｑ，Ｒで構成されるとする。図４に、その通信
シーケンスの一例を示す。ここでプロセスの通信記述を
次のように意味づける。まず、送信はsend Ｓig ［to
Ｐroc］の形式で記述され、シグナルＳigをプロセスＰr
ocに送出し走行し続ける。ただし、to Ｐrocがない場合
は任意のプロセスがＳigを受信できる。受信はreceive
Ｓig［Ｓig［Ｓig…］］の形式で記述され、例えばrece
iveＳig１ Ｓig２ Ｓig３という記述に対してはシグナ
ルＳig１、Ｓig２、Ｓig３のいずれかを受け取る。指定
したシグナルがすべて未到着の場合、待ち合わせる。複
数の受信可能シグナルが到着済みであるとき、どのシグ
ナルが受けとられるかは未定とする。

【００１２】テスト実行と履歴保存；テスト対象である
並列プログラムにある入力データ（テストデータ）を与
え、テスト実行部１０で実行する。この時、通信履歴取
得部２０が、プロセス毎に通信履歴を取得して通信履歴
保存部３０に記憶する。図４の例の場合、次の通信履歴
が取得される。 ・プロセスＰの通信履歴＝{ｓ(Ａ,Ｑ),ｓ(Ａ,Ｑ),ｒ
((Ｃ),Ｑ,２),ｓ(Ａ,Ｑ)} ・プロセスＱの通信履歴＝{ｒ((Ａ),Ｐ,１),ｓ(Ｂ,Ｒ),
ｒ((Ａ),Ｐ,２),ｓ(Ｃ,Ｐ),ｒ((Ａ),Ｒ,１),ｒ((Ａ),
Ｐ,３),ｒ((Ａ),Ｒ,２)} ・プロセスＲの通信履歴＝{ｓ(Ａ,Ｑ),ｒ((Ｂ),Ｑ,１),
ｓ(Ａ,Ｑ)}

【００１３】ここで、ｓ(Ｓig,Ｐroc)は送信send Ｓig
to Ｐrocの実行を、r((Ｓig１,Ｓig２，…),Ｐroc,Ｎu
m)は受信receive Ｓig１ Ｓig２…の実行とそのき実際
に受け取った信号の送出元プロセスＰrocとそのプロセ
ス内での送信通番Ｎumを示す。なお、送信通番Ｎumは、
プロセス毎に、実行された送信命令をカウントすること
で求まる。

【００１４】非決定的動作検出；非決定的動作検出部４
０は、上記実行について非決定的動作が存在したかどう
かを検出するために、通信履歴保存部３０の各プロセス
の通信履歴から組合せ可能な送受信の組を求める。以
下、その詳細を示す。

【００１５】（step１）通信履歴から依存関係に基づく
サイクルなし有効グラフＧを生成する。 ・ノード集合：ｓ∈Ｓ：送信の実行 ｒ∈Ｒ：受信の実行（受け取り） ・エッジ集合：Ｅ₀：１プロセス内でのｓ∈Ｓ，ｒ∈Ｒ
の実行順序 Ｅ_m：実際の信号送受 （step２）Ｇ上の全ノードに対し到達可能解析を実施す
る。 （step３）step２の結果を用い、受信ｊ（ｊ∈Ｒ）が受
け取りえた送信集合ＰＳjを求める。 ＰＳj＝（Ｓ−（ＣＳj∪ＲＳj)）∩ＭＳj ここで、 ＣＳj：受信ｊを実行する原因となった送信集合 ＲＳj：受信ｊを実行したことを原因としてその後に発
生した送信集合 ＭＳj：受信ｊとプロセス名、シグナル名が適合する送
信集合 である。

【００１６】図４の各プロセスＰ，Ｑ，Ｒに対する前述
の通信履歴をもとに、（step１）で生されるグラフを図
５に示す。この依存グラフについて、送受信の組合せに
おける制約となる全ノード間の依存関係を明らかにする
ために、（step２）の処理を行う。さらに、この依存グ
ラフ上の各受信ノードについて、（step３）の処理を行
う。例えば、図５中の受信ノードｎについて解析する
と、次のようになる。これを図６に示す。 Ｓ＝｛１，２，３，４，５，６，７｝ ＣＳn＝｛１，４｝ ＲＳn＝｛３，５｝ ＭＳn＝｛１，２，３，６，７｝ ∴ＰＳn＝｛１,２,３,４,５,６,７}−({１,４}∪{３,
５}))∩{１,２,３,６,７｝＝｛２,６,７｝

【００１７】この解析結果は、図４のプログラム実行に
おいて、ノードｎのreceiveがノード２，６，７のsend
のいずれかを受信することができたという非決定性をも
っていたということを示している。各受信ノードがそれ
ぞれただ一つの送信ノードとしか組み合わせられないと
きのみ、その実行が決定的に動作したことが保証でき
る。非決定的動作検出部４０は、非決定性をもつノード
とその条件を代替的条件保持部５０に記憶する。

【００１８】非決定的動作テスト;非決定的動作制御部
６０は、代替動作条件保持部５０を読み出し、複数の送
信ノードが組み合せ可能であったとき、例えば再演テス
ト法で提案されている通信順序制御機能を用いて、通信
制御部１１０での送受信動作の組合せを制限し、実際に
行われた送受信の組合せ以外の通信を強要するプログラ
ム再実行をテスト制御部１０に実施せしめる。上述の例
では、ノードｎのreceiveが、６，７（２はすでに実行
済み）のsendを受け取ったときの動作テストをテスト実
行部１０で再実行せしめる。そして、その動作に適合し
ているかどうかをチェックする。これがテストによる非
決定的動作の保証である。動作が正しいことが確認でき
れば、さらにこのときの通信履歴を保存しておき、そこ
から別の非決定的動作が検出されるかどうかを調べる。

【００１９】以上、本発明の一実施例について説明した
が、例えば、並列プログラムをテスト実行し、プロセス
毎に通信履歴を保存した後、実行結果を確認し、異常が
検出された場合、テストを中止してデバグを行ってから
テストを再開するようにしてもよい。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ソフトウェア開短時に並列プログラムの非決定的動作に
関わるバグを取り除くことができるため、運用時におけ
る並列プログラムの非決定的動作に起因した障害の発生
を減少させることができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のブロック図である。

【図２】図１による並列プログラムの非決定的動作テス
トの手順を示す流れ図である。

【図３】並列プログラムの通信記述部に存在する非決定
性の一例を示す図である。

【図４】テスト対象である並列プログラムの通信シーケ
ンスの一例を示す図である。

【図５】図４の依存関係グラフの一例を示す図である。

【図６】図５の依存関係グラフ上での非決定的動作検出
の一例を示す図である。

【符号の説明】

１０ テスト実行部 １１０ 通信制御部 ２０ 通信履歴取得部 ３０ 通信履歴保存部 ４０ 非決定的動作検出部 ５０ 代替動作条件保持部 ６０ 非決定的動作制御部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のプロセスが通信記述を用いて協調
   動作する並列プログラムの実行時に各プロセスの通信記
   述のもつ非決定性がもとで起こるプログラム全体の非決
   定的動作のテストについて、並列プログラムのテスト実
   行時の各プロセスの通信履歴をとり、その通信履歴をも
   とにその時の動作が非決定的動作を含んでいたかどう
   か、含んでいたならばその場所と条件を検出し、その条
   件を用いて並列プログラムの動作を制御して別の動作を
   意図的にステスト実行することを特徴とする並列プログ
   ラムの非決定的動作テスト方法。