JPH0683608A - プログラム解析支援装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 並列計算機におけるプログラム実行のボトル
ネックとなっている箇所を簡単に知ることが出来るよう
にすること。 【構成】 収集部２はトレース・データの収集を行う。
このデータは、呼出し元のイベント名，イベント名，イ
ベントを実行するプロセッサの番号，イベントの開始時
刻や終了時刻，内訳データから構成されている。収集さ
れた上記のデータは、外部記憶装置３に格納される。表
示部６は、収集されたトレース・データに基づいて、イ
ベント・チャートやイベント・パス・チャートを生成す
る。イベント・チャートは、縦軸がプロセッサ番号，横
軸が時間であり、イベントの開始時刻，イベントの終了
時刻，イベントを実行するプロセッサを示す。イベント
・パス・チャートは、更に呼出し関係を示す線を付加し
たものある。クリティカル・パス解析部７によってクリ
ティカル・パスを見つけ、クリティカル・パスを示すこ
とも出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数のプロセッサから
構成された並列計算機上でのプログラムの性能の評価，
解析を支援する装置に関する。一般に、並列計算機上に
おけるプログラムの実行は、単一プロセッサによる実行
に比べて、速度の向上が期待される。このためには、実
行するプログラムを複数のプログラムに分割して、分割
された各プログラムをプロセッサに均等に割り付けるこ
とが重要となってくる。

【０００２】分割の際に殆ど独立なプログラムを同時に
実行するような並列処理は、粒度の粗い並列化と呼ば
れ、データベース管理や並列入出力，ファイルの独立な
コンパイル等がこの例である。一方、プログラム中の毎
回の繰り返しを異なるプロセッサに割り付けて実行する
ような並列処理は、粒度の細かい並列化と呼ばれる。

【０００３】粒度の粗い並列化では、各プロセッサ上で
の計算は殆ど独立に行われ、プロセッサ間での通信はあ
まり発生しない。しかし、粒度の細かい並列化では、プ
ロセッサ間で頻繁な通信を招くように分割してしまう場
合もあり、また、通信が発生しないように上手く分割で
きる場合もある。したがって、実行速度を向上するため
には、各プロセッサ上での負荷の均等性ばかりでなく、
プロセッサ間通信によるオーバーヘッドなど様々な問題
を考慮する必要があり、期待した実行速度が得られない
場合は、実行状況から何がボトルネックとなっているか
を明確にする必要がある。

【０００４】

【従来の技術】並列計算機上での性能を調べるために、
テキスト形式の統計的なプロファイルや、図９のような
プロファイル・データに基づく統計グラフ等のパフォー
マンス・モニタがある。これらは、時間に伴うＣＰＵの
稼働率や，メモリの使用状況，通信の発生状況等のハー
ドウェアの性能を折線グラフや棒グラフのような簡単な
グラフを用いて表示している。また、プログラムの実行
状況に基づいたプログラムのイベントをトレースするこ
とによって、性能を表示することもある。これは、プロ
グラム中のイベントの実行開始時刻と終了時刻を抽出
し、抽出されたイベント情報を単純に表示したり、サン
プリングして表示している。

【０００５】しかし、これらの情報や表示だけでは、期
待した実行速度が得られなかった場合に何処がボトルネ
ックとなっているか明確にすることは困難である。従っ
て、プログラマはプロファイル・データやイベント・ト
レース・データをそのまま集計，表示しただけで、この
表示を見て実行効率を上げているのが現状である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】並列計算機上でのプロ
グラムの実行効率を上げるためには、負荷の均等性や通
信の発生によるオーバーヘッド，データの依存性などを
考慮する必要がある。しかし、前述したように、プロフ
ァイル・データやイベント・トレース・データのサンプ
リング情報だけでは、何が原因で実行効率が悪いのか明
確にすることは非常に困難である。本発明は、この点に
鑑みて創作されたものであって、並列計算機におけるプ
ログラム実行のボトルネックになっている箇所を簡単に
知ることが出来るようになったプログラム解析支援装置
を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１のプログラム解
析支援装置は、コマンド等を入力するための入力装置
(1) と、並列計算機上で実行されたプログラムのイベン
ト・トレース・データの収集を行うイベント・トレース
収集部(2) と、収集されたイベント・トレース・データ
を外部記憶装置(3) にセーブまたはロードし、データの
管理を行うイベント・トレース管理部(4) と、ユーザに
インタラクティブに操作することを可能とするディスプ
レイを備えたユーザ・インターフェイス(5) とを具備
し、並列計算機上で実行しているイベント間の関係が判
るように、イベントに識別子を割り付けてイベントの収
集を行うことを特徴とするものである。

【０００８】請求項２のプログラム解析支援装置は、請
求項１のプログラム解析支援装置において、収集された
イベント・トレース・データより、イベントがどのよう
な経路で実行されているかを表示するイベント・トレー
ス表示部(6) を備え、プログラマにイベントの呼出し関
係を明確にすることを特徴とするものである。

【０００９】請求項３のプログラム解析支援装置は、請
求項２のプログラム解析支援装置において、クリティカ
ル・パス解析を行い、プログラムの性能のボトルネック
となっている箇所を明確にするクリティカル・パス解析
部(7) を備え、プログラマにプログラムの性能向上を支
援することを特徴とするものである。

【００１０】請求項４のプログラム解析支援装置は、請
求項3 のプログラム解析支援装置において、算出された
クリティカル・パス上におけるイベントの計算や通信を
行っている割合を見るために、イベントの計算時間と通
信時間を、当該イベント全体に占める割合で表示するこ
とを特徴とするものである。

【００１１】

【作用】請求項１のプログラム解析支援装置の作用につ
いて説明する。或るプロセッサが他プロセッサに仕事を
依頼する際には、親タスク名や子タスク名，プログラ
ム，データなどを他プロセッサに通知する。各プロセッ
サは、プログラムを実行する際には、親タスク名や子タ
スク名，開始時刻，自己のプロセッサ番号などを自己の
メモリに記録し、プログラムが終了した時には、終了時
刻や処理の内訳を示す内訳データなどを自己のメモリに
記録する。

【００１２】並列計算機を構成する複数のプロセッサの
メモリに格納されているイベント・トレース・データの
収集は、例えば０番のプロセッサ又は別のメイン・プロ
セッサによって行われる。イベント・トレース・データ
の収集を行うプロセッサは、入力装置(1) と、イベント
・トレース収集部(2) と、外部記憶装置(3) と、イベン
ト・トレース管理部(4) と、ユーザにインタラクティブ
操作を可能とするディスプレイを備えたユーザ・インタ
ーフェイス(5) とを具備しているか、それらを具備する
マシンにネットワークで接続されている。

【００１３】入力装置(1) はコマンド等を入力するため
のものである。入力装置(1) からイベント・トレース・
データの収集を指示するコマンドが入力されると、プロ
グラムの実行と同時にイベント・トレース収集部(2) が
動作を開始する。イベント・トレース収集部(2) は、プ
ログラムの実行が終了すると、並列計算機を構成してい
るプロセッサのメモリからイベント・トレース・データ
を収集する。収集する情報は、開始時刻，終了時刻，イ
ベントが実行されたプロセッサの番号，呼出し元のイベ
ント，イベントの内訳データなどである。

【００１４】収集されたイベント・トレース・データ
は、イベント・トレース管理部４によって、トレース・
ファイルとして外部記憶装置(3) に格納される。また、
トレース・ファイルの履歴を比べることによって、同じ
プログラムのパラメータの違いによる実行等の比較を可
能としている。

【００１５】請求項２のプログラム解析支援装置の作用
について説明する。請求項２のプログラム解析支援装置
は、イベント・トレース表示部(6) を有している。イベ
ント・トレース表示部(6) は、例えばイベント・チャー
トやイベント・パス・チャートを生成する。イベント・
チャートは、縦軸をプロセッサ番号，横軸を時間とし、
イベントの開始時刻，終了時刻およびイベントを実行し
たプロセッサを示すものである。イベント・パス・チャ
ートは、イベント・チャートに、イベント間の呼出し関
係とデータの依存関係によるイベント間の接続を加えた
ものである。

【００１６】請求項３のプログラム解析支援装置の作用
について説明する。請求項３のプログラム解析支援装置
は、クリティカル・パス解析部(7) を有している。クリ
ティカル・パス解析部(7) は、作成したイベント・パス
・チャートに基づいて、クリティカル・パス解析を行
う。クリティカル・パスとは、或る作業の完了時間を左
右する活動から成る経路であり、クリティカル・パス解
析では、作業中の個々の活動のコストから一番コストの
かかる経路を算出する。クリティカル・パス解析部(7)
で算出されたクリティカル・パスは、ディスプレイ画面
上に表示される。例えば、イベント・パス・チャートを
表示するとき、その中のクリティカル・パスを太線など
で表示する。

【００１７】通常、クリティカル・パス解析は、プロジ
ェクト管理等で使われている。この方法をプログラム解
析に用いた場合、個々の活動をプログラムのイベントと
し、イベントの実行に対するコストを定義する。例え
ば、或るイベントＥの開始時刻から終了時刻までのコス
トを、 Ｃｏｓｔ＝ｃｏｓｔ（Ｅ） とする。定義されたコストに基づいて、一番コストの掛
かるイベントの実行経路（クリティカル・パス）の検出
を行う。従って、クリティカル・パスから外れた経路は
時間的な余裕がある筈で、プログラムを効率よく実行す
るには、この無駄な時間を少なくすることが必要であ
る。プログラマは、ディスプレイ画面上に表示されたク
リティカル・パスを見て、パフォーマンス・チューニン
グを行う。

【００１８】請求項４のプログラム解析支援装置の作用
について説明する。クリティカル・パス解析部(7) は、
クリティカル・パス上の各イベントについて、イベント
の実行時間における計算時間と通信時間の割合を算出
し、計算時間と通信時間の割合が判るように、クリティ
カル・パスを表示する。例えば、計算時間を表す線を太
線にし，通信時間を表す線を点線にしても良く、両者の
色を変えても良い。

【００１９】

【実施例】図１は本発明の１実施例のブロック図であ
る。同図において、１は入力装置、２はイベント・トレ
ース収集部、３は外部記憶装置、４はイベント・トレー
ス管理部、５はユーザ・インターフェイス部、６はイベ
ント・トレース表示部、７はクリティカル・パス解析
部、８はディスプレイをそれぞれ示している。

【００２０】入力装置１は、コマンド等を入力するため
のものであり、例えばキーボードである。イベント・ト
レース収集部２は、イベント・トレース収集コマンドが
入力された時に動作し、並列計算機を構成している複数
のプロセッサからイベント・トレース・データを収集す
るものである。各プロセッサは、自己のイベント・トレ
ース・データを自己のメモリに記録している。なお、図
１のイベント・トレース収集部は、並列計算機を構成す
る複数のプロセッサの内の一つであっても良く、これら
のプロセッサとは別のメイン・プロセッサであっても良
い。

【００２１】イベント・トレース管理部４は、収集され
たイベント・トレース・データをトレース・ファイルと
して外部記憶装置３に書き込んだり，外部記憶装置３か
らイベント・トレース・データを読み出したりするもの
である。イベント・トレース表示部６は、イベント・ト
レース管理部４から渡されたイベント・トレース・デー
タに基づいて、後述するようなイベント・チャートやイ
ベント・パス・チャートを生成し、生成したイベント・
チャートやイベント・パス・チャートをディスプレイ８
に表示する処理を行うものである。クリティカル・パス
解析部７は、イベント・パス・チャート上のクリティカ
ル・パスを見つけ出すものである。イベント・パス・チ
ャート上のクリティカル・パスをディスプレイ画面上に
表示する場合、クリティカル・パスを太字で表示するな
どして、他のパスと区別できるようにする。

【００２２】図２はタスク割付による並列処理モデルを
示す図である。図示の例では、プロセッサ０番（ＰＥ＃
０）上のｔａｓｋ０がｔａｓｋ１，ｔａｓｋ２を生成
し、それぞれをプロセッサ１番（ＰＥ＃１）とプロセッ
サ２番（ＰＥ＃２）へ分散している。イベント・トレー
スの収集では、タスク生成時に識別子（Ｉｄ）を割り当
て、各プロセッサ毎に実行されているタスクの生成時
刻，終了時刻，自タスクが実行されているプロセッサ番
号，生成元の親タスクのＩｄ，タスクの実行状況データ
などの収集を行う。生成元の親タスクのＩｄを収集する
ことにより、プログラム実行を，タスクの呼出し関係が
判る木構造データとして収集することが出来る。なお、
タスクと後述イベントは、同義であると考えて良い。

【００２３】プログラム実行時に収集されるイベント・
トレース・データは、次のようなものである。なお、イ
ベントとは、本明細書では、プログラム中のソースレベ
ルでの処理単位のことであって、プログラミング言語で
変わってくるが、例えば１行１行の単位でも良いし、或
るまとまったサブルーチンと言う意味でもある。 １）イベント名(event-name)：イベントの名前 ２）イベントの開始時刻(start-time)：呼び出し元のイ
ベントから新たなイベントが発生した時刻 ３）イベントの終了時刻(end-time)：イベントが終了し
た時刻 ４）プロセッサ番号（ＰＥ）：イベントが実行されたプ
ロセッサ番号 ５）呼出し元のイベントＩｄ (parent-Id)：呼び出し元
のイベントの識別子 ６）イベント・データ(event-data)：イベントの実行状
況を表すデータ ａ）実行回数(exec)：イベントの発生から終了までの
間、イベントの作業量を表す値 ｂ）計算時間(calc-time) ：イベントの発生から終了ま
での間、計算を行っている時間 ｃ）通信時間(com-time)：イベントの発生から終了まで
の間、通信を行っている時間 ｄ）アイドル時間(idle-time) ：イベントの発生から終
了までの間、アイドル状態である時間

【００２４】図３はイベント管理テーブルの例を示す図
である。収集されたイベント・トレース・データをもと
にして、イベント・トレース管理部４は、図３に示すよ
うなイベント管理テーブルを作成する。作成されたイベ
ント管理テーブルに基づいて、後述するイベント・トレ
ースの表示を行ったり、また、プログラマのイベントに
対する問合せに応ずることが出来る。さらに、イベント
・トレース管理部４では、収集されたイベント・トレー
ス・データを外部記憶装置３に格納したり、外部記憶装
置３から読み出すことも出来る。ｎａｍｅはイベントの
種類を表す。ｅｖｅｎｔ−ｉｄは、発生した全てのイベ
ントに対する識別子である。同じイベントでも、違うプ
ロセッサ上で、違った時刻に発生することがある。例え
ば、イベント＝サブルーチンと考えた場合、同じサブル
ーチンでも何回も呼ばれることがある。

【００２５】図４はイベント・チャートの例を示す図、
図５はイベント・パス・チャートの例を示す図である。
収集されたイベント・トレース・データに基づいて、イ
ベント・トレース表示部６では、イベント・トレースの
表示を行う。図４は縦軸をプロセッサ番号，横軸を時間
としてイベントの開始時刻，イベントの終了時刻，プロ
セッサ番号のデータに基づいたイベント・チャートであ
る。時間の経過とともに伸びている実線はイベントの実
行を示す。

【００２６】図４のようなイベント・チャートから、時
間の経過に従って，どのイベントが何処で実行されてい
るかが判るが、注目すべきイベントがどのような実行過
程を経て（どの様な経路で）現在に至っているかと言う
ことは分からない。そこで、収集時に得た親イベントの
識別子に基づいてイベントの呼出し関係を接続線で表す
イベント・パス・チャートを作成する。図５はイベント
・パス・チャートの例を示す。図５のイベント・パス・
チャートから呼出し経路が明確になる。

【００２７】図６はクリティカル・パスを説明する図で
ある。作成したイベント・パス・チャートに基づいて、
クリティカル・パス解析部７ではクリティカル・パス解
析を行う。プログラム実行中の個々のイベントに対する
コスト定義を行う。ここでコストを以下のように定義す
る。 コスト＝イベントの発生時間から終了時間の間の実行回
数 非常にシンプルなプログラムの実行過程を表すイベント
・パス・チャートである図６(a) での各々のコストを算
出すると、図６(b) のようになる。従って，クリティカ
ル・パスは、図６(b) に示すように、Ｃｏｓｔ＝５９０
で最大のパスになる。

【００２８】図７はイベントの分割による実行の例を示
す図、図８は計算時間と通信時間の割合の例を示す図で
ある。得られたクリティカル・パス解析に基づいて、イ
ベントの分割，割付け方法の再検討を行う。図６のｅｖ
ｅｎｔ３（実行回数が１６０のイベント）では、他のプ
ロセッサ上のイベントに比べて非常に多くの命令を実行
していることが判る。そこで、ｅｖｅｎｔ３を２つのイ
ベントに分割し、それぞれプロセッサへ割り付ける方法
を検討する。

【００２９】図７はｅｖｅｎｔ３を分割実行したときに
期待されるイベント・パス・チャートの一部を示すもの
である。分割されたイベントの実行回数が８０〜（８０
より大）となっているのは、イベントを分割したことに
よるプロセッサ間通信の増大を見込んだものである。従
って、イベントをむやみに分割させることは、却ってプ
ロセッサ間通信を増大させることがある。

【００３０】また、分割される以前のイベントがプロセ
ッサ間通信ばかりしている場合は、分割の効果は望めな
い。そこで、図８に示すように、クリティカル・パス上
のイベント実行における計算時間と通信時間の割合を表
す図を表示する。図８より、ｅｖｅｎｔ３（実行回数が
１６０のイベント）については分割による効果は望める
が、ｅｖｅｎｔ１１（実行回数が１７０のイベント）に
ついては分割による効果は望めないことが判る。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、並列計算機上でのプログラムのイベント・ト
レース・データを収集し、収集したイベント・トレース
・データを見やすい形に編集してディスプレイ画面上に
表示しているので、プログラム実行の何処がボトルネッ
クになっているかを簡単に知ることが出来る。また、本
発明によれば、収集したイベント・トレース・データに
基づいて、イベント・チャートまたはイベント・パス・
チャートを作成し、これらをディスプレイ画面上に表示
しているので、並列計算機上でのプログラムの実行軌跡
を正確に知ることが出来る。さらに、本発明によれば、
収集したイベント・トレース・データに基づいたクリテ
ィカル・パス解析を行い、クリティカル・パスをディス
プレイ画面上に表示しているので、プログラム性能のボ
トルネックを明確にする際に有効であり、プログラマの
パフォーマンス・チューニング作業の支援に寄与する所
が大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例のブロック図である。

【図２】タスク割付による並列処理モデルを示す図であ
る。

【図３】イベント管理テーブルの例を示す図である。

【図４】イベント・チャートの例を示す図である。

【図５】イベント・パス・チャートの例を示す図であ
る。

【図６】クリティカル・パスを説明する図である。

【図７】イベントの分割による実行の例を示す図であ
る。

【図８】計算時間と通信時間の割合の例を示す図であ
る。

【図９】プロファイル・データに基づくパフォーマンス
・モニタを示す図である。

【符号の説明】

１ 入力装置 ２ イベント・トレース収集部 ３ 外部記憶装置 ４ イベント・トレース管理部 ５ ユーザ・インターフェイス部 ６ イベント・トレース表示部 ７ クリティカル・パス解析部 ８ ディスプレイ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コマンド等を入力するための入力装置
   (1) と、 並列計算機上で実行されたプログラムのイベント・トレ
   ース・データの収集を行うイベント・トレース収集部
   (2) と、 収集されたイベント・トレース・データを外部記憶装置
   (3) にセーブまたはロードし、データの管理を行うイベ
   ント・トレース管理部(4) と、 ユーザにインタラクティブに操作することを可能とする
   ディスプレイを備えたユーザ・インターフェイス(5) と
   を具備し、 並列計算機上で実行しているイベント間の関係が判るよ
   うに、イベントに識別子を割り付けてイベントの収集を
   行うことを特徴とするプログラム解析支援装置。
2. 【請求項２】 収集されたイベント・トレース・データ
   より、イベントがどのような経路で実行されているかを
   表示するイベント・トレース表示部(6) を備え、プログ
   ラマにイベントの呼出し関係を明確にすることを特徴と
   する請求項１のプログラム解析支援装置。
3. 【請求項３】 クリティカル・パス解析を行い、プログ
   ラムの性能のボトルネックとなっている箇所を明確にす
   るクリティカル・パス解析部(7) を備え、プログラマに
   プログラムの性能向上を支援することを特徴とする請求
   項２のプログラム解析支援装置。
4. 【請求項４】 算出されたクリティカル・パス上でのイ
   ベントの計算や通信を行っている割合を見るために、イ
   ベントの計算時間と通信時間を、当該イベント全体に占
   める割合で表示することを特徴とする請求項３のプログ
   ラム解析支援装置。