本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種嵌入式環(huán)境下的代碼動(dòng)態(tài)性能剖析器，包括對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行運(yùn)行時(shí)性能跟蹤的樁代碼模塊、用于截取目標(biāo)函數(shù)的控制權(quán)使控制流轉(zhuǎn)移到樁代碼模塊中的樁代碼上并保存和恢復(fù)寄存器上下文的膠水代碼模塊、生成用于剖析的可執(zhí)行文件的前期數(shù)據(jù)處理子模塊、對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理統(tǒng)計(jì)的后期處理子模塊；實(shí)現(xiàn)目機(jī)標(biāo)與主機(jī)的IDE通信，以此實(shí)現(xiàn)主機(jī)與目標(biāo)機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳送的守護(hù)程序和結(jié)果顯示模塊。本發(fā)明專利技術(shù)可以分析嵌入式下用戶函數(shù)及庫(kù)函數(shù)的執(zhí)行時(shí)間和被調(diào)用次數(shù)，通過(guò)分析比較，該方法比現(xiàn)有工具統(tǒng)計(jì)速度更快、準(zhǔn)確度更高。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及軟件程序質(zhì)量動(dòng)態(tài)分析
，具體涉及一種嵌入式環(huán)境下的代碼動(dòng)態(tài)性能剖析器。
技術(shù)介紹
在現(xiàn)代的軟件發(fā)展中，人們對(duì)軟件質(zhì)量的要求越高，程序分析就越發(fā)占有一席之地。程序分析有靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)分析兩種:靜態(tài)分析如數(shù)據(jù)依賴分析方法主要是在不執(zhí)行程序的前提下對(duì)程序的源代碼進(jìn)行分析，得到程序的結(jié)構(gòu)信息、逆向提取的對(duì)象模型和類關(guān)系及程序的復(fù)雜度度量等；而動(dòng)態(tài)分析如K-TAILS方法則是在程序的執(zhí)行中，對(duì)程序的行為進(jìn)行分析的技術(shù)。Daikon是一個(gè)把動(dòng)態(tài)分析和技術(shù)和靜態(tài)分析技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起的軟件分析工具。動(dòng)態(tài)分析一般分為源代碼植入技術(shù)和目標(biāo)碼插裝技術(shù)，一個(gè)簡(jiǎn)單的做法是隨機(jī)產(chǎn)生輸入數(shù)據(jù)并觀察程序?qū)@些輸入返回的結(jié)果。相對(duì)于靜態(tài)分析來(lái)說(shuō)，動(dòng)態(tài)分析就比較復(fù)雜，同時(shí)需要的時(shí)間開銷就可能更多，此外有時(shí)可能要付出更大的代價(jià)。目前，大多數(shù)動(dòng)態(tài)程序分析工具所測(cè)出的程序執(zhí)行時(shí)間相當(dāng)?shù)牟痪_，比如說(shuō)gprof由于其本身的工作原理，對(duì)于執(zhí)行時(shí)間較短的函數(shù)測(cè)出的時(shí)間大多是零，而執(zhí)行再快的程序總是要消耗時(shí)間的。相對(duì)于gprof來(lái)說(shuō)，Itrace精確度還是能接受的,但在測(cè)遞歸函數(shù)時(shí)占用的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。程序插裝的概念是由J.C.Huang教授首次提出的。插裝技術(shù)有很多種:從插裝的對(duì)象來(lái)分，有源代碼插裝和二進(jìn)制代碼插裝；從插裝的階段來(lái)分，有靜態(tài)插裝和動(dòng)態(tài)插裝，在編譯時(shí)的插裝方式屬于動(dòng)態(tài)插裝。各種插裝技術(shù)都有其優(yōu)缺點(diǎn)以及適用場(chǎng)合。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本專利技術(shù)要解決的技術(shù)問(wèn)題是:現(xiàn)有的動(dòng)態(tài)程序分析工具所測(cè)出的程序執(zhí)行時(shí)間不精確。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案: 一種嵌入式環(huán)境下的代碼動(dòng)態(tài)性能剖析器，其特征在于，包括如下模塊， 樁代碼模塊:對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行運(yùn)行時(shí)性能跟蹤； 膠水代碼模塊:用于截取目標(biāo)函數(shù)的控制權(quán)，使控制流轉(zhuǎn)移到樁代碼模塊中的樁代碼上去，并保存和恢復(fù)寄存器上下文； 數(shù)據(jù)處理模塊:包括生成用于剖析的可執(zhí)行文件的前期數(shù)據(jù)處理子模塊和對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理統(tǒng)計(jì)的后期處理子模塊； 結(jié)果顯示模塊:根據(jù)運(yùn)行時(shí)性能跟蹤收集到的部分性能數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化的友好顯示，顯示出函數(shù)的執(zhí)行時(shí)間和執(zhí)行次數(shù)； 守護(hù)程序:實(shí)現(xiàn)目機(jī)標(biāo)與主機(jī)的IDE通信，以此實(shí)現(xiàn)主機(jī)與目標(biāo)機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳送，通過(guò)TCP連接接收數(shù)據(jù)，接收來(lái)自IDE的文件、通知和控制命令；以及監(jiān)視目標(biāo)程序的執(zhí)行并發(fā)送回性能數(shù)據(jù)到主機(jī)上的IDE來(lái)處理。所述膠水代碼模塊運(yùn)行ARM中的跳轉(zhuǎn)指令B指令，跳轉(zhuǎn)指令B指令執(zhí)行后，會(huì)把返回的地址保存到LR寄存器；如果需要源程序執(zhí)行另一個(gè)程序代碼，則修改LR寄存器里的返回地址，把原來(lái)應(yīng)該返回的地址LR中的內(nèi)容保存到SP堆棧中去，把預(yù)執(zhí)行的代碼地址拷貝到LR中去，使程序的控制權(quán)轉(zhuǎn)向預(yù)執(zhí)行的程序，當(dāng)需要返回到原程序中時(shí)，將SP堆棧中的內(nèi)容寫到LR寄存器。作為本專利技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，根據(jù)目標(biāo)函數(shù)的個(gè)數(shù)通過(guò)跳轉(zhuǎn)表項(xiàng)模板動(dòng)態(tài)生成跳轉(zhuǎn)表，用于解決目標(biāo)函數(shù)的標(biāo)識(shí)與控制權(quán)截取的問(wèn)題。作為本專利技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，跳轉(zhuǎn)表在后臺(tái)被編譯成一個(gè)單獨(dú)的模塊與用戶程序鏈接在一起。作為本專利技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，跳轉(zhuǎn)表中的一個(gè)目標(biāo)函數(shù)與跳轉(zhuǎn)表項(xiàng)、對(duì)應(yīng)的ID表與目標(biāo)函數(shù)入口地址關(guān)聯(lián)，一一對(duì)應(yīng)。目標(biāo)函數(shù)的個(gè)數(shù)直接影響到這些表的大小，為了減少目標(biāo)程序運(yùn)行時(shí)所占用的內(nèi)存空間，必須將其內(nèi)容盡可能的精簡(jiǎn)。作為本專利技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，將目標(biāo)函數(shù)的第一條指令替換為跳轉(zhuǎn)指令，跳轉(zhuǎn)目標(biāo)為目標(biāo)函數(shù)對(duì)應(yīng)的跳轉(zhuǎn)表項(xiàng)的調(diào)用處理塊； 作為本專利技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，將目標(biāo)函數(shù)的第一條指令填充到目標(biāo)函數(shù)對(duì)應(yīng)跳轉(zhuǎn)表項(xiàng)的指令占位槽中。作為本專利技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，所述跳轉(zhuǎn)項(xiàng)中調(diào)用處理塊在調(diào)用處理完成后就開始對(duì)目標(biāo)函數(shù)的性能數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì) 作為本專利技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，指令占位糟項(xiàng)是原目標(biāo)函數(shù)的第一條指令，即目標(biāo)函數(shù)開始執(zhí)行；轉(zhuǎn)入目標(biāo)函數(shù)項(xiàng)是指控制真正的轉(zhuǎn)入到目標(biāo)函數(shù)的內(nèi)部開始執(zhí)行目標(biāo)函數(shù)；當(dāng)目標(biāo)函數(shù)執(zhí)行完成后，由于修改了程序中的LR寄存器，所以控制會(huì)轉(zhuǎn)入到跳轉(zhuǎn)表項(xiàng)的退出處理項(xiàng)去執(zhí)行，退出處理項(xiàng)一方面通知樁代碼停止統(tǒng)計(jì)目標(biāo)函數(shù)的性能，另一方面把程序的控制權(quán)真正的返回給原程序。作為本專利技術(shù)的進(jìn)一步改時(shí)，對(duì)目標(biāo)函數(shù)的執(zhí)行時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)，采用一種分片計(jì)時(shí)。所述分片計(jì)時(shí)是指當(dāng)目標(biāo)函數(shù)發(fā)生了子函數(shù)調(diào)用或者子函數(shù)返回時(shí)才進(jìn)行執(zhí)行時(shí)間的一次計(jì)算，計(jì)算得到的時(shí)間可能是總執(zhí)行時(shí)間，也可能是總執(zhí)行時(shí)間的一部分；當(dāng)目標(biāo)函數(shù)沒(méi)有對(duì)其他目標(biāo)函數(shù)調(diào)用時(shí)，計(jì)算的時(shí)間就是此目標(biāo)函數(shù)總的執(zhí)行時(shí)間；當(dāng)目標(biāo)函數(shù)包含有子函數(shù)為目標(biāo)函數(shù)的調(diào)用時(shí)，則此計(jì)算的時(shí)間只是目標(biāo)函數(shù)總執(zhí)行時(shí)間的一部分。本專利技術(shù)的工作流程為:用戶程序(目標(biāo)文件)、膠水代碼以及樁代碼會(huì)被鏈接器一起鏈接到可執(zhí)行文件中，這是間接地利用鏈接插樁的方法；對(duì)生成的可執(zhí)行文件還需要由剖析器進(jìn)行縫補(bǔ)操作，縫補(bǔ)操作的目的是將目標(biāo)函數(shù)與樁代碼關(guān)聯(lián)起來(lái)，使目標(biāo)函數(shù)在執(zhí)行時(shí)能通知樁程序采集數(shù)據(jù)。通過(guò)縫補(bǔ)操作以后就可使可執(zhí)行程序在調(diào)用目標(biāo)函數(shù)的時(shí)候跳轉(zhuǎn)到膠水程序上，進(jìn)而轉(zhuǎn)入到樁程序中。生成的最終可執(zhí)行文件將被守護(hù)進(jìn)程發(fā)送到目標(biāo)機(jī)開發(fā)板上運(yùn)行，程序運(yùn)行完成后會(huì)生成剖析數(shù)據(jù)。再通過(guò)守護(hù)進(jìn)程將剖析數(shù)據(jù)傳回IDE的剖析器，結(jié)果顯示模塊將分析結(jié)果可視化友好的顯示出來(lái)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有以下有益效果: 一、設(shè)計(jì)了代碼動(dòng)態(tài)性能分析工具，使得程序開發(fā)人員能更為準(zhǔn)確的來(lái)定位性能的瓶頸進(jìn)而更好的優(yōu)化程序，從而可以使程序開發(fā)人員開發(fā)出高效的嵌入式程序。二、采用對(duì)可執(zhí)行文件靜態(tài)插裝的方法無(wú)需進(jìn)入內(nèi)核，從而明顯減少了對(duì)被測(cè)程序性能的影響， 三、呈現(xiàn)出被測(cè)程序真實(shí)的運(yùn)行時(shí)間及執(zhí)行次數(shù)情況。附圖說(shuō)明圖1跳轉(zhuǎn)表項(xiàng)控制轉(zhuǎn)移流程。具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步的描述。一 跳轉(zhuǎn)表(_JUMP_TABLE) 跳轉(zhuǎn)表用于解決目標(biāo)函數(shù)的標(biāo)識(shí)與控制權(quán)截取的問(wèn)題。 跳轉(zhuǎn)表根據(jù)目標(biāo)函數(shù)的個(gè)數(shù)通過(guò)跳轉(zhuǎn)表項(xiàng)模板動(dòng)態(tài)生成的。一個(gè)目標(biāo)函數(shù)與跳轉(zhuǎn)表項(xiàng)、對(duì)應(yīng)的ID表與目標(biāo)函數(shù)入口地址關(guān)聯(lián)，它們一一對(duì)應(yīng)。目標(biāo)函數(shù)的個(gè)數(shù)直接影響到這些表的大小，為了減少目標(biāo)程序運(yùn)行時(shí)所占用的內(nèi)存空間，必須將其內(nèi)容盡可能的精簡(jiǎn)。跳轉(zhuǎn)表在制作剖析目標(biāo)時(shí)由IDE根椐用戶選擇的目標(biāo)函數(shù)動(dòng)態(tài)生成，然后會(huì)在后臺(tái)被編譯成一個(gè)單獨(dú)的模塊與用戶程序鏈接在一起。結(jié)合圖1所示，假如函數(shù)A為將要分析性能的目標(biāo)函數(shù)，縫補(bǔ)工作時(shí)其中有一個(gè)動(dòng)作是將目標(biāo)函數(shù)的第一條指令替換為跳轉(zhuǎn)指令，跳轉(zhuǎn)目標(biāo)是目標(biāo)函數(shù)對(duì)應(yīng)的跳轉(zhuǎn)表項(xiàng)的調(diào)用處理塊，另一個(gè)縫補(bǔ)動(dòng)作是將目標(biāo)函數(shù)的第一條指令填充到目標(biāo)函數(shù)對(duì)應(yīng)跳轉(zhuǎn)表項(xiàng)的指令占位槽中，跳轉(zhuǎn)表項(xiàng)中的指令占位糟，這樣就把原程序的第一條指令保存起來(lái)以便以后執(zhí)行，所以當(dāng)程序?qū)⒁獔?zhí)行函數(shù)A的第一條指令時(shí)，就會(huì)根據(jù)目標(biāo)函數(shù)A的ID號(hào)轉(zhuǎn)到跳轉(zhuǎn)表中目標(biāo)函數(shù)A對(duì)應(yīng)的跳轉(zhuǎn)表項(xiàng)中去。跳轉(zhuǎn)項(xiàng)中的調(diào)用處理功能是為轉(zhuǎn)入統(tǒng)計(jì)函數(shù)(函數(shù)執(zhí)行時(shí)間統(tǒng)計(jì)和函數(shù)調(diào)用次數(shù))做準(zhǔn)備的，調(diào)用處理完成后就開始對(duì)目標(biāo)函數(shù)的性能數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)了 ；指令占位糟項(xiàng)是原目標(biāo)函數(shù)A的第一條指令，即目標(biāo)函數(shù)開始執(zhí)行了 ；轉(zhuǎn)入目標(biāo)函數(shù)項(xiàng)是指控制真正的轉(zhuǎn)入到目標(biāo)函數(shù)A的內(nèi)部開始執(zhí)行目標(biāo)函數(shù)A ;當(dāng)目標(biāo)函數(shù)A執(zhí)行完成后，由于修改了程序中的LR寄存器，所以控制會(huì)轉(zhuǎn)入到跳轉(zhuǎn)表項(xiàng)的退出處理項(xiàng)去執(zhí)行，退出處理項(xiàng)一方面是為了通知樁代碼停止統(tǒng)計(jì)目標(biāo)函數(shù)的性本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種嵌入式環(huán)境下的代碼動(dòng)態(tài)性能剖析器，其特征在于，包括如下模塊，樁代碼模塊：對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行運(yùn)行時(shí)性能跟蹤；?膠水代碼模塊：用于截取目標(biāo)函數(shù)的控制權(quán)，使控制流轉(zhuǎn)移到樁代碼模塊中的樁代碼上去，并保存和恢復(fù)寄存器上下文；數(shù)據(jù)處理模塊：包括生成用于剖析的可執(zhí)行文件的前期數(shù)據(jù)處理子模塊和對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理統(tǒng)計(jì)的后期處理子模塊；?結(jié)果顯示模塊：根據(jù)運(yùn)行時(shí)性能跟蹤收集到的部分性能數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化的友好顯示，顯示出函數(shù)的執(zhí)行時(shí)間和執(zhí)行次數(shù)；?守護(hù)程序：實(shí)現(xiàn)目機(jī)標(biāo)與主機(jī)的IDE通信，以此實(shí)現(xiàn)主機(jī)與目標(biāo)機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳送，通過(guò)TCP連接接收數(shù)據(jù)，接收來(lái)自IDE的文件、通知和控制命令；以及監(jiān)視目標(biāo)程序的執(zhí)行并發(fā)送回性能數(shù)據(jù)到主機(jī)上的IDE來(lái)處理。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳文宇，崔娟娜，劉貴松，歐睿杰，符明晟，袁野，朱建，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：電子科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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