オブジェクトの動作の比較による
実行履歴削減手法の提案
大阪大学大学院情報科学研究科
博士前期課程2年
井上研究室 脇阪 大輝
Software Engineering Laboratory, Department of Computer Science, Graduate School of Information Science and Technology, Osaka University
目次
バグ再現のための実行履歴とその量の問題について
提案する実行履歴削減手法の詳細
評価実験の計画
今後
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背景
プログラムに障害が発生したとき
障害の生じた実行についての情報を実行履歴から確認
障害を招いたバグをデバッグ環境で再現し，バグを修正
修正
実行履歴
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実行履歴の収集
デバッグのためには詳細な情報がある方が望ましい
単純なスタックトレースだけでは再現が難しいこともある
プログラムの実行履歴はロガーツールによって収集
プログラムの実行時に記録
プログラムが動く間，記録し続けたい
いつ障害が生じても良いように
実行履歴
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問題点
プログラムの動作の詳細な情報の量は膨大
規模の小さな実行でも詳細な情報の量は多い
実行が続く限り情報は増え続け，上限がない
長期間，動作を常に記録し続けることは困難
表：ベンチマークソフトのプログラムの実行履歴サイズの例
（メソッド呼出し・実行，変数読書きの発生を記録したもの）
プログラム名
実行履歴のサイズ
avrora
146 GB
batik
4.19 GB
h2
261GB
luindex
1.86 GB
pmd
539 MB
実行履歴
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アプローチ
障害に備えて常に動作を記録していると
実行履歴には障害に関係ない履歴が大量に含まれる
障害に関係しそうにない実行を
実行中に判定できれば，
その部分の記録をやめることで
実行履歴のサイズを減らすことができる
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プログラムの動作の種類
過去の研究により，オブジェクトの動作はいくつかの種類に分類することができ，
その種類はあまり多くないことがわかっている
プログラムの動作は，それに関わるオブジェクトの動作の種類に影響を受ける
オブジェクトの動作が既知の種類に当てはまる限り
プログラムも似た動作をすると考えることができる
クラスA
function(A a){
....
....
//
function(A a){
....
....
//
function(A a){
....
....
//
}
}
}
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提案手法
既知の実行と同じ動作すると考えられる箇所を記録
の対象から除外
繰り返しによる同じ動作を表す履歴が多い
過去と同じ動作なら障害は発生しない
未知の動作のみを記録し実行履歴の量を削減する
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手法概要
1. 先にプログラムを実行し，オブジェクトの動作を蓄積
2. 次のプログラムの実行ではメソッドの実行ごとに既知
の動作をしそうかを蓄積した記録を用いて判定する
3. 先の実行にない動作をしているオブジェクトが入力
となるメソッドの実行のみを詳細に記録する
先の実行
オブジェクトごとの動作
比較
後の実行
プログラム
未知の動作と
考えられる
実行の履歴
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オブジェクトの動作
オブジェクトの動作はオートマトンとして抽出する
入力はオブジェクトに対するメソッドの呼出し位置
同じメソッド呼出し位置を入力した後は全て同じ状態
1:Stack s;
2:while(i = read()){
3: s.push(i);
4:}
5:
6:while(!s.isEmpty()){
7: sum += s.pop();
8:}
push#3
始めのループで
pushが2回呼出されたとき
isEmpty#6
push#3
pop#7
isEmpty#6
同じメソッド呼出し位置の繰り返しは
ループとして表現される
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記録の対象
メソッドの実行開始時に以下のオブジェクトの動作を
比較する
比較
先の実行でそのメソッドの入力となった
オブジェクトの動作
後の実行でメソッドの入力となっている
オブジェクトの動作
メソッドの入力のオブジェクトとは
• メソッドを実行されたオブジェクト
• メソッドの引数となったオブジェクト
obj1.method(obj2, obj3);
そのうちの１つでも未知の動作があればそのメソッドの
実行を記録対象とする
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オブジェクトの動作の比較
プログラム実行中に出現したオブジェクトへのメソッド
呼出しを比較対象のオートマトンへ入力する
状態遷移が可能な間はそのオブジェクトの動作を既知と
みなす
状態遷移ができなかった場合，その動作を未知とみなす
push#3
isEmpty#6
push#3
pop#7
1. push#3
2. push#3
3. isEmpty#6
既知の動作
1. isEmpty#6
isEmpty#6
先の実行で得られたオブジェクトの動作を表すオートマトン
未知の動作
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実行履歴の削減例(1/3)
1:String exp = argv[0];
2:Stack stack = new Stack();
3:for(int i=0;i<exp.length();i++){
4: char c = exp.charAt(i);
5: if(c==‘+’){
6: add(stack);
7: }else{
8: stack.push(Character.digit(c, 10));
9: }
10:}
11:System.out.println(stack.pop);
14:static private void add(Stack stack){
15: int a = stack.pop();
16: int b = stack.pop();
17: stack.push(b+a);
18:}
19:
逆ポーランド記法で与えられた数式を，スタックを用いて計算するプログラムを例に用いる
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実行履歴の削減例(2/3)
1:String exp = argv[0];
2:Stack stack = new Stack();
3:for(int i=0;i<exp.length();i++){
4: char c = exp.charAt(i);
5: if(c==‘+’){
6: add(stack);
7: }else{
8: stack.push(Character.digit(c, 10));
9: }
10:}
11:System.out.println(stack.pop);
14:static private void add(Stack stack){
15: int a = stack.pop();
16: int b = stack.pop();
17: stack.push(b+a);
18:}
19:
push#8
pop#15
pop#16
push#17
push#8
pop#11
先の実行では数式として”12+”が与えられるとする
そのときのStackの動作は次のオートマトンとなる
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実行履歴の削減例(3/3)
1:String exp = argv[0];
2:Stack stack = new Stack();
3:for(int i=0;i<exp.length();i++){
4: char c = exp.charAt(i);
5: if(c==‘+’){
6: add(stack);
7: }else{
8: stack.push(Character.digit(c, 10));
9: }
10:}
11:System.out.println(stack.pop);
14:static private void add(Stack stack){
15: int a = stack.pop();
16: int b = stack.pop();
17: stack.push(b+a);
18:}
19:
push#8
pop#15
pop#16
push#17
push#8
後の実行では数式に”12+3+”が与えられるとする
“12+”までの部分の計算では，
Stackについて先の実行と同じ動作が観測されるので，
それまでのStackのメソッドやaddメソッドの実行は記録されない
“3+”の計算から，状態遷移できず，2度目のaddが記録対象に
pop#11
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評価実験計画
目的
手法により実行履歴を削減できるかどうかを調査
対象
DaCapoベンチマーク
– 様々なアプリケーションを実行できるベンチマークソフト
– オプションで実行の規模を選択でき，規模の違いとは，たとえば画像処
理アプリケーションのbatikでは処理する画像の数の違い
手段
DaCapoベンチマークの小規模な実行でオブジェクトの動作を
蓄積し，規模の大きい実行の履歴の量を，提案手法を用いた
場合と用いない場合で比較する
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研究の今後
評価実験を行いその結果を調査する
メソッドの入力となるオブジェクトの振舞いと，メソッド
実行のパスの関係を調査
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