基于GDB的異構計算調試環境的實現系統技術方案

本發明專利技術涉及一種基于GDB的異構計算調試環境的實現系統，包括依次連接的用戶界面模塊、聯調控制模塊、異構節點調試模塊和并行任務分配模塊；所述的用戶界面模塊，用于與用戶進行交互，以命令行的方式接收用戶的調試操作命令，并返回調試結果信息；所述的聯調控制模塊，用于啟動和結束異構節點調試模塊，分發調試任務并回收調試結果，對并行子任務進行同步或異步調試控制；所述的異構節點調試模塊，用于執行聯調控制模塊發送的調試命令；所述的并行任務分配模塊，用于將計算任務劃分成多個并行的子任務，并分配調度到相應的異構節點調試模塊上執行。與現有技術相比，本發明專利技術具有操作簡單、部署快速和成本低廉等優點。

【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種異構計算調試環境的實現系統，尤其是涉及一種基于GDB的異構計算調試環境的實現系統。
技術介紹
當前，異構計算正在成為并行計算的一種新的形式。因為一個復雜的應用任務中往往會存在著多種不同的計算需求，比如有些部分需要大量的CPU資源進行計算，有些部分則需要對大規模的數據進行高速的讀寫操作，科學計算適合向量計算等，對于這些不同的計算需求僅僅靠以往單一的同構并行機群已無法滿足，異構計算因此應運而生。異構計算環境通過集成不同體系結構的加速部件來實現不同的計算需求，例如使用多核CPU處理計算密集型任務，使用GPU處理數據并行型任務等，這樣既可以充分發揮各類機器的性能， 又降低了系統的整體總功耗，異構計算將會是未來高性能計算的發展方向之一。異構體系結構的產生勢必導致異構軟件的開發需求，但是由于異構計算環境中客觀存在著硬件平臺、操作系統、網絡通信、應用程序和服務等多種不同的差異，使得編寫正確的異構并行程序十分復雜和困難(I)異構計算環境中多個并行任務的并發執行會帶來運行時的不確定性問題，導致程序錯誤在調試過程中并不總是出現。(2)在不同的異構部件之間如何確保通信方都能理解消息數據的含義，如何設計一個快速有效的通信機制，既能保證消息傳送的可靠性，又不消耗大量的網絡帶寬。(3)如何將不同部件的調試操作統一起來。(4)如何在一個存在著CPU數量、時鐘頻率、內存容量和網絡帶寬等多種異構性的環境下，對各個資源進行符合其自身的調試原語。(5)如何使得調試環境能夠包含更多的異構部件，具有良好的可移植性。(6)如何協同好不同異構部件使之能夠協同工作，能區分是對單個分支還是對所有分支進行控制。異構并行程序開發技術的滯后將會大大影響異構硬件特性和效率的發揮，限制異構計算的廣泛應用。因此，自然和不可避免地需要開發異構計算調試環境來協助編程開發人員確保異構軟件的正確性。
技術實現思路
本專利技術的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種操作簡單、部署快速和成本低廉的基于GDB的異構計算調試環境的實現系統。本專利技術的目的可以通過以下技術方案來實現—種基于⑶B的異構計算調試環境的實現系統，其特征在于，包括依次連接的用戶界面模塊、聯調控制模塊、異構節點調試模塊和并行任務分配模塊；所述的用戶界面模塊，用于與用戶進行交互，以命令行的方式接收用戶的調試操作命令，并返回調試結果信息；所述的聯調控制模塊，用于啟動和結束異構節點調試模塊，分發調試任務并回收調試結果，對并行子任務進行同步或異步調試控制；所述的異構節點調試模塊，用于執行聯調控制模塊發送的調試命令；所述的并行任務分配模塊，用于將計算任務劃分成多個并行的子任務，并分配調度到相應的異構節點調試模塊上執行。所述的異構節點調試模塊為由不同的異構節點組成，所述的異構機電包括協同代理單元和⑶B調試器；所述的協同代理單元將聯調控制模塊發送的調試命令轉換成GDB調試器能夠處理的輸入方式，用于控制GDB調試器的啟動和結束進程，對正在進行的調試進程進行控制，并對得到的調試結果進行解析并轉換成統一的消息格式；所述的GDB調試器作為底層的源代碼級調試工具對并行子任務進行具體的本地調試操作。 所述的協同代理單元具體實現過程如下聯調控制模塊與協同代理單元建立連接后，協同代理單元隨即生成一個子進程用來啟動并控制GDB調試器的調試進程，父進程用于與聯調控制模塊保持連接，將接收到的調試命令轉換成符合GDB調試器要求的輸入格式，在父子進程之間采用管道進行通信，用來傳遞控制命令和結果數據。對于特殊異構計算環境的異構節點，利用宿主機環境中基礎調試器工具來替代GDB調試器，協同代理單元對宿主機的基礎調試器工具的控制命令和結果數據格式進行轉換，隱藏宿主機基礎調試器的差異性。所述的統一的消息格式包括同一控制命令格式和同一數據傳輸格式。所述的同一控制命令格式分為四個域(I)命令序號域用于唯一地標識該命令；(2)命令名稱域為命令的關鍵字；(3)目標節點域指定命令的作用節點；(4)參數列表域是可選的，用來存放命令的參數，多個參數之間使用” #”分隔。所述的同一數據傳輸格式分為四個域(I)數據序號域對應于控制命令的命令序號域，指明該數據是哪個命令的調試結果;(2)源節點號域和目標節點域相對應，標識數據的來源；(3)數據類型域包含斷點、掛起、數據、堆棧、錯誤和退出類型；(4)數據域是對數據類型域的具體描述。所述的聯調控制模塊與異構節點調試模塊之間通過socket網絡連接。所述的特殊異構計算環境的異構節點為非Unix/Linux操作系統的計算機。與現有技術相比，本專利技術具有以下優點I、借助Unix/Linux環境中的單機⑶B調試器，通過將協同控制與底層調試相分離，并設計統一的消息格式和協同代理機制，實現了一種基于GDB的異構計算調試環境；2、操作簡單該方案采用GDB調試器作為底層的調試器，所設計的調試命令也與GDB大致相同，使得用戶更易于掌握新的調試界面，調試操作十分簡單；3、部署快速作為Unix/Linux系統的基本工具集，⑶B調試器已被集成在操作系統中，只需要進行簡單的配置操作便可在Unix/Linux系統中搭建出基于GDB的單機調試環境，使得環境部署配置十分快速；4、成本低廉由于GDB調試器是一個開源的軟件，不收取任何費用，降低了軟件開發的成本；綜上所述，本專利技術具有操作簡單、部署快速和成本低廉等優點，是快速構建異構計算調試環境的一種可行的方法。附圖說明圖I為本專利技術的結構示意圖。具體實施方式 下面結合附圖和具體實施例對本專利技術進行詳細說明。實施例為了滿足異構計算環境中數據通信和命令控制的一致性需求，在本專利技術中，該調試環境采用分層的思想，將與用戶交互、協同調試控制和不同異構部件上的底層調試這三部分功能相互分離，并在這三部分之間使用統一的消息格式來滿足數據通信和命令控制的一致性需求，以此來屏蔽異構計算環境中的差異性。整個結構圖分為四個模塊(I)用戶界面模塊I。該模塊是與用戶進行交互的界面，以命令行的方式接收用戶的調試操作命令，并返回調試結果信息。用戶界面模塊I通過向聯調控制模塊2發送調試請求來實現遠程調試功能。(2)聯調控制模塊2。該模塊是整個系統的調度和控制中心，負責啟動和結束協同代理單元，分發調試任務并回收調試結果，對并行子任務進行同步或異步調試控制。(3)異構節點調試模塊。該模塊是調試命令真正的執行層，由不同的異構計算節點組成。(4)并行任務分配模塊4。該模塊通過對整個計算任務進行分解，例如生成任務DAG圖，將計算任務劃分成多個并行的子任務，然后分配調度到相應的異構計算節點上執行。其中，聯調控制模塊2是整個系統的調度和控制中心，負責啟動和結束協同代理單元，分發調試任務并回收調試結果，對并行子任務進行同步或異步調試控制。而異構節點調試模塊是調試命令真正的執行層，它由不同的異構計算節點組成，這些節點可以是PC、小型機、服務器等不同類型的計算機。在這些計算機上都安裝部署了協同代理單元31和各自操作系統環境支持的GDB調試器32。GDB調試器32可以作為底層的源代碼級調試工具對并行子任務進行具體的本地調試操作。協同代理單元31是整個異構調試環境的關鍵，它負責將收到的調試命令轉譯成底層調試器(GDB調試器)能夠處理的輸入方式，然后對得到的調試本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于GDB的異構計算調試環境的實現系統，其特征在于，包括依次連接的用戶界面模塊、聯調控制模塊、異構節點調試模塊和并行任務分配模塊；所述的用戶界面模塊，用于與用戶進行交互，以命令行的方式接收用戶的調試操作命令，并返回調試結果信息；所述的聯調控制模塊，用于啟動和結束異構節點調試模塊，分發調試任務并回收調試結果，對并行子任務進行同步或異步調試控制；所述的異構節點調試模塊，用于執行聯調控制模塊發送的調試命令；所述的并行任務分配模塊，用于將計算任務劃分成多個并行的子任務，并分配調度到相應的異構節點調試模塊上執行。

【技術特征摘要】
1.一種基于⑶B的異構計算調試環境的實現系統，其特征在于，包括依次連接的用戶界面模塊、聯調控制模塊、異構節點調試模塊和并行任務分配模塊； 所述的用戶界面模塊，用于與用戶進行交互，以命令行的方式接收用戶的調試操作命令，并返回調試結果信息； 所述的聯調控制模塊，用于啟動和結束異構節點調試模塊，分發調試任務并回收調試結果，對并行子任務進行同步或異步調試控制； 所述的異構節點調試模塊，用于執行聯調控制模塊發送的調試命令； 所述的并行任務分配模塊，用于將計算任務劃分成多個并行的子任務，并分配調度到相應的異構節點調試模塊上執行。2.根據權利要求I所述的一種基于GDB的異構計算調試環境的實現系統，其特征在于，所述的異構節點調試模塊為由不同的異構節點組成，所述的異構機電包括協同代理單元和⑶B調試器； 所述的協同代理單元將聯調控制模塊發送的調試命令轉換成GDB調試器能夠處理的輸入方式，用于控制GDB調試器的啟動和結束進程，對正在進行的調試進程進行控制，并對得到的調試結果進行解析并轉換成統一的消息格式； 所述的GDB調試器作為底層的源代碼級調試工具對并行子任務進行具體的本地調試操作。3.根據權利要求2所述的一種基于GDB的異構計算調試環境的實現系統，其特征在于，所述的協同代理單元具體實現過程如下 聯調控制模塊與協同代理單元建立連接后，協同代理單元隨即生成一個子進程用來啟動并控制GDB調試器的調試進程，父進程用于與聯調控制模塊保持連接，將接收到的調試命令轉換成符合GDB調試器要求的輸入格式，在父子進程之間采用管道進行通信，用來傳遞控制命令和結果數據...

【專利技術屬性】
技術研發人員：曾國蓀，王偉，陳建平，
申請(專利權)人：同濟大學，上海紅神信息技術有限公司，
類型：發明
國別省市：