Bouvier Zappa 2005 Pfe

8/12/2019 Bouvier Zappa 2005 Pfe

1/50

E COLE P OLYTECHNIQUE

DE M ONTR EAL

D EPARTEMENT DE G ENIE INFORMATIQUE

Projet de Fin d etudesRapport nal

Rapport de projet de n d etudes soumis

comme condition partielle ` a lobtention du

dipl ome de baccalaur eat en ing enierie.

Pr esent e par: S IMON B OUVIER -Z APPA

Matricule: 1161843

Directeur de projet: P ROFESSEUR M ICHEL DAGENAIS

Entreprise: G enie informatique, Ecole Polytechnique de Montr eal

Date: 17 avril 2005


2/50

Resum e

Ce pr esent rapport fait etat du travail effectu e sur le module de ltrage du Linux Trace

Toolkit Viewer ( Lttv ). Ces realisations ont eut lieu durant la session dhiver 2005

comme projet de n d etudes au baccalaur eat en g enie informatique ` a l Ecole Poly-

technique de Montr eal.


3/50

Table des mati eres

1 Introduction 1

2 Probl ematique 3

2.1 Mise en contexte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32.1.1 Travaux ant erieurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2.1.2 Travail `a accomplir . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2.2 Objectifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2.3 Int erets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2.4 Difcultes escomptees . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2.4.1 S eparation du probl` eme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2.4.2 D enition de lexpression de ltrage . . . . . . . . . . . . . . 6

2.4.3 Larbre de recherche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

3 M ethodologie 8

3.1 Analyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

3.1.1 Requis de lapplication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

3.1.2 Langage dimplantation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

3.1.3 Analyse generale du probl`eme . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

3.1.4 Analyse de lexpression de ltrage . . . . . . . . . . . . . . . 11

3.1.5 Analyse de la structure de larbre . . . . . . . . . . . . . . . 13

i


4/50

TABLE DES MATI ERES ii

3.2 Conception . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

3.2.1 Etapes de conception . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

3.2.2 Documentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

3.3 Implantation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

3.3.1 Pr ecompilation du ltre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

3.3.2 Parcours du ltre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

4 R esultats 27

4.1 Entr ees du programme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

4.1.1 Utilisation du module ltre textuel . . . . . . . . . . . . . . . 27

4.1.2 Utilisation du module ltre graphique . . . . . . . . . . . . . 28

4.2 Sortie du programme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

5 Discussion 33

5.1 Port ee du travail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

5.2 Analyse des m ethodes exploit ees . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

5.2.1 Analyse de la performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

5.3 Recommandations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

5.3.1 Optimisation eventuelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

6 Glossaire 38

A Annexes 41


5/50

Table des gures

3.1 Mod ele MVC du ltre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

3.2 Repr esentation dune expression de ltre en arbre n-aire . . . . . . . 14

3.3 Repr esentation dune expression de ltre en arbre binaire . . . . . . . 15

3.4 Repr esentation dune expression avec parenth` eses . . . . . . . . . . . 15

3.5 Diagramme de classes du module noyau . . . . . . . . . . . . . . . . 18

3.6 Diagramme de s equence du module textuel . . . . . . . . . . . . . . 20

3.7 Diagramme de classes du module graphique . . . . . . . . . . . . . . 21

3.8 Diagramme de s equence du module graphique . . . . . . . . . . . . . 22

4.1 D ependance des modules textuels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

4.2 Module ltre graphique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

4.3 Exemple darbre de ltrage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

4.4 Exemple de parcours darbre de ltrage . . . . . . . . . . . . . . . . 31

5.1 Evolution du temps de construction de larbre binaire . . . . . . . . . 35

iii


6/50

Liste des tableaux

3.1 Op erateurs logiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

3.2 Champs de ltrage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

3.3 Op erateurs mathematique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

3.4 Heuristiques de larbre de ltrage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

3.5 Widgets de FilterViewerData . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

3.6 Widgets de FilterViewerData . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

4.1 Exemple detat des traces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

iv


7/50

Liste des Algorithmes

1 Precompilation du ltre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

2 Parcours du ltre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

v


8/50

Listes des symboles et

abr eviations

Ltt Linux Trace Toolkit

Lttv Linux Trace Toolkit Viewer

vi


9/50

LISTES DES SYMBOLES ET ABR EVIATIONS vii

Remerciements

Michel Dagenais, pour mavoir donn e la chance de travailler sur un projet den-

vergure comme Lttv.

Mathieu Desnoyers, pour son aide et ses conseils tout au long du projet.


10/50

Chapitre 1

Introduction

Dans le cadre dune etude approfondie du syst` eme dexploitation, il est primordialde proc eder a une analyse des processus de m eme que leur ordonnancement au sein du

noyau. Ainsi, pour les syst` emes dexploitations Linux, le Linux Trace Toolkit a depuis

plusieurs annees maintenant fourni une s erie dapplications permettant de g enerer des

traces dexecution du système dexploitation puis de proc eder a leur analyse. le Linux

Trace Toolkit ( ou ltt ) a ete d eveloppe a lorigine par Opersys.

La ou le Linux Trace Toolkit poss` ede des failles, le Linux Trace Toolkit Viewer

prend la relève. Cette application est d eveloppee au laboratoire de Conception et Ana-

lyse de Systèmes Informatiques ( ou CASI ) de l Ecole Polytechnique. Le Linux Trace

Toolkit Viewer ( ou Lttv ) est une application totalement modulaire permettant aux usa-

gers de faire lanalyse de traces dex ecution tout en y rajoutant leurs propres modules

personnalises.

Lespace en m emoire que peut prendre une trace dex ecution sur Lttv dependra

de plusieurs facteurs. Entres autres, le temps denregistrement de la trace aura une

1


11/50

CHAPITRE 1. INTRODUCTION 2

cons equence proportionnelle sur la taille de celle-ci. De m eme, le nombre de pro-

cessus ordonnanc es aura un effet direct sur lenregistrement. An de donner ` a lusa-

ger un meilleur contr ole de ce quil veut analyser et afcher, il est possible dajouter

un module de ltre au programme qui permettra ` a lusager de choisir par expression

conditionnelle quels elements de trace il d esire conserver. Le chapitre 2 propose une

denition compl` ete du probl`eme a r esoudre et des principales difcult es du projet.

Limplantation dun module ltre au programme actuel n ecessite a la base une

precompilationdun arbre de ltrage qui sera parcouru lors de lex ecution pour d eterminer

quels elements de traces doivent etre ltr es.

An dinclure un module de ltrage au programme Lttv, il est necessaire dajoutertrois nouveaux modules au programme. Un module noyau servira ` a construire et par-

courir larbre de recherche. Un module textuel servira dinterface de base ` a lusager.

Enn, un module graphique servira dinterface plus evolu ee. Le chapitre 3 fournit les

details dimplantation de ces modules au sein du projet.

Gr ace a un d eveloppement modulaire reli e aux fonctionnalit es de base du pro-

gramme Lttv, il est possible de proc eder a un ltrage selon les sp ecications de lutili-

sateur. Le chapitre 4 donne des informations suppl ementairesquant aux fonctionnalit es

ajout ees aux differents modules utilisateurs ainsi quau module noyau.

Enn, de multiples am eliorations pourront encore etre apportees au programme

ainsi qu a la gestion des ltres. En effet, ce projet napportera que la premi` ere phase de

ltrage operationnelle au programme Lttv. Ainsi, le chapitre 5 apportera des sugges-

tions dameliorations possibles qui peuvent etre apportees aux modules de ltrage.


12/50

Chapitre 2

Probl ematique

2.1 Mise en contexte

2.1.1 Travaux ant erieurs

Le Linux Trace Toolkit Viewer a fait lobjet de plusieurs travaux durant les derni` eres

ann ees. Cest aujourdhuiun projet imposant et aux fonctionnalit es diverses qui ne peut

etre malheureusement d ecrit en quelques lignes. Il est possible toutefois de r esumer les

principaux points qui permettent ` a Lttv de se diff erencier de son pr edecesseur Ltt .

La suite dapplication Ltt donne a lutilisateur la possibilit e de voir et analyser lor-

donnancement des divers processus dans le noyau au cours dune trace pr eenregistree.

Toutefois, il convient de dire que cette suite dapplication reste limit ee quant au contr ole

visuel des traces et lajout de fonctionnalit es nouvelles.

Ainsi, Lttv permet a lutilisateur un contr ole statistique des processus beaucoup

plus pousse. La ou Ltt ne donne que les processus actifs, Lttv afche l etat m eme du

processus actif. De m eme, Lttv permet lafchage des statistiques et des ev enements de

3


13/50

CHAPITRE 2. PROBL EMATIQUE 4

chaque processus.

Aussi, il convient de savoir que Lttv est un programme hautement modulaire et qui

donne la possibilit e a un utilisateur tierce de programmer lui-m eme de nouvelles fonc-

tionnalites pour le programme sans interf erer avec le noyau de celui-ci.

Par ailleurs, chaque module est compil e en tant que librairie dynamique ( *.so pour

Linux ). Au d emarrage du programme, lutilisateur peut ais ement inclure `a m eme lap-

plication les librairies souhait ees en utilisant la ligne de commande, ou par lutilisation

de linterface graphique de Lttv.

2.1.2 Travail a accomplir

La nalit e de ce projet est dajouter au programme Lttv deja existant une fonction-

nalit e de ltrage des traces dex ecution. Cette nouvelle fonctionnalit e a donc pour but

domettre en sortie du programme certains processus, traces ou ev enements speci es

prealablement par lutilisateur.

2.2 Objectifs

Le ltrage des traces dex ecution demande limplantation de fonctionnalit es a trois

niveaux :

Implantation dun module ltre au niveau noyau

Implantation dun module utilisateur textuel

Implantation dun module utilisateur graphique

Lapplication doit donner la possibilit e a lutilisateur de sp ecier ses options de

ltrages par voie textuelle ou par utilisation de linterface graphique. Cette expres-

sion de ltrage devra par la suite etre trait ee par le module noyau qui proc` edera a une


14/50


15/50


Le module noyau se veut etre le centre de limplantation du ltrage de lapplica-

tion. Ainsi, les modules graphiques et textuels d ependront enti` erement du noyau pour

assurer leur propre fonctionnement.

Pour assurer un avancement du probl` eme, il sera necessaire de commencer lim-

plantation du ltre noyau d` es le debut. Par ailleurs, le noyau ` a lui tout seul constitue un

goulot d etranglement pour le projet. En effet, cette section de lapplication demandera

une analyse logicielle pouss ee et une implantation tout aussi critique. Une analyse en

bonne et due forme de la structure du noyau sera fournie au chapitre 3.

Enn, mentionnons aussi que linterfacage avec lusager pourra se faire plus tardet nest pas un reel souci dimplantation. En effet, le module graphique et le module

textuel ne feront que faire appel au module noyau pour envoyer ` a celui-ci lexpression

de ltrage necessaire `a la construction de larbre.

2.4.2 D enition de lexpression de ltrage

Pour permettre ` a lutilisateur de sp ecier quels elements de trace il d esire ltrer, il

est dabord necessaire de formuler une expression de ltrage textuelle. Celle-ci devra

respecter les crit` eres suivants :

1. Etre comprehensible pour lutilisateur du programme

2. Tenir compte des crit` eres de ltrage du programme Lttv

3. Poss eder une structure simple qui peut etre analyse par lapplication

De meme, il convient de formuler une expression qui laisse la possibilit e a lusager

de fournir plusieurs commandes de ltrages vari ees tout en gardant sa simplicit e duti-

lisation.


16/50


Nous analyserons plus en profondeur les d etails de lexpression de ltrage ` a la

section 3.1.4 du chapitre 3.

2.4.3 Larbre de recherche

Larbre de ltrage est ` a la base de lintegration du ltre au sein du programme Lttv.

Ainsi, il represente de ce fait le plus grand probl` eme a surmonter dans ce projet. Il

convient donc de bien d enir la structure que devra prendre cet arbre pour se confor-

mer aux requetesde ltrage de lutilisateur et interagir avec les elements du programme

deja existants.

La probl ematique de larbre se divise en deux volets distincts, soit la construction

de larbre et le parcours de celui-ci. Pour ne pas handicaper les performances de lap-

plication, il sera n ecessaire de proc eder a une pr ecompilation de larbre de recherche

avant le lancement des traces.

Une analyse preliminaire de la structure de larbre et ses composantes est effectu ee

a la section 3.1.5 du chapitre 3.


17/50

Chapitre 3

M ethodologie

3.1 Analyse

3.1.1 Requis de lapplication

An de mieux cerner les modules ` a implanter au sein du programme Lttv, voici les

fonctionnalit es principales que devra r ealiser le ltre dans lapplication

Requis fonctionnels

Developpement du module textuel

Ajout doptions ` a la ligne de commande pour entr ee des expressions de ltrage

Dependance avec les autres modules textuels

Developpement du module graphique

Conception dune interface graphique permettant ` a lusager dajouter des ex-

pressions de ltrage

Par menus delants

Par entr ee textuelle

Envoi de lexpression de ltrage au noyau

8


18/50

CHAPITRE 3. M ETHODOLOGIE 9

Dependance avec les autres modules graphiques

Developpement du module noyau

Analyse de lexpression de ltrage

Construction de larbre de ltrage

Parcours de larbre de ltrage

Requis non-fonctionnels

Souci de performance

Construction de larbre ( module noyau )

Parcours de larbre ( module noyau )

3.1.2 Langage dimplantation

Pour satisfaire ` a limplantation d eja existante du Linux Trace Toolkit Viewer , il est

pref erable dutiliser le m eme langage dimplantation. Ainsi, les modules de ltrage

sont cod es en Langage C. Outre une n ecessit e de compatibilit e, ce choix repose aussi

sur des soucis de performances que fourni un langage de plus bas niveau tel que le C.

De m eme, Lttv fait aussi utilisation du Gimp Toolkit ou GTK [5] pour son interface

graphique. Ainsi, le module graphique de ltrage d ependra aussi de ces librairies. Fi-

nalement, il convient de mentionner lutilisation etendue de la librairie GLib [4] partout

dans le projet. En effet, cette librairie red enit plusieurs structures utiles propres au

C++ pour une utilisation en C.

3.1.3 Analyse g en erale du probl eme

An de bien cerner le probl` eme dans son ensemble, il convient de proc eder a une

analyse g en erale de limplantation par rapport au reste du programme Lttv. Ainsi, il est

possible de comparer les diff erents modules de ltrage selon une architecture Mod ele-


19/50


Vue-Contr ole telle que pr esent ee a la gure 3.1.

Contr ole Modele Vue

Entr ee texte

Entr ee graphique

Filtre noyau

Text dump

Gui Events

Gui controlow

Gui statistics

F IG . 3.1 Mod ele MVC du ltre

Ainsi, le module noyau de ltrage doit repr esenter le centre de lapplication. Cest

ce module qui sera appel e par les autres pour acc eder aux fonctions de cr eations, mise

a jour, parcours et destruction du ltre.

Par ailleurs, les modules de ltrage textuel et graphique repr esentent le contr ole

de lapplication. Il sagit donc dinterfaces avec lusager lui permettant de sp ecier le

ltre a utiliser.

Enn, les modules graphiques gui controlow , gui events et gui statistics utiliseront

linformation des ltres an de modier leur afchage. De m eme, le module textuel text

dump utilisera le ltre an de produire un afchage ` a la console. Ces quatre derniers

modules ont deja ete implantes lors de travaux ant erieurs sur le Linux Trace Toolkit


20/50


Viewer . Toutefois, des appels suppl ementaires devront etre ajoutes a ces modules pour

integrer les nouvelles fonctionnalit es du ltre.

3.1.4 Analyse de lexpression de ltrage

La prochaine etape dans lanalyse du probl` eme consiste à formuler une expression

de ltrage. Cette expression sera par la suite utilis ee dans la construction de larbre de

recherche. Ainsi, bien que lexpression en soit ne constitue quun interm ediaire entre

lusager et lapplication noyau, une structure forte de cette commande permettra une

analyse simpli ee de celle-ci par la suite. De m eme, lexpression doit etre en mesure

de survivre à une evolution eventuelle des options de ltrage dans les modications

eventuelles de Lttv ou meme du noyau Linux.

Ainsi, a la base, nous denirons une option de ltrage comme suit :

[Champs] [Op erateur] [Valeur]

Cette chane de caract` eres sera appelee une expression simple. Il sagit du plus

bas atome dans lexpression de ltrage. En effet, lexpression est form ee de plusieurs

expressions simples diff erentes. Celles-ci sont li ees entre-elles par des op erateurs lo-

giques. Le tableau 3.1 r esume les operateurs utilis es dans une expression.

Op erateur Encodage Niveau de liaisonET & 2 expressions simplesOU | 2 expressions simplesOU EXCLUSIF 2 expressions simplesNON ! 1 expression simple

TAB . 3.1 Op erateurs logiques

Pour en revenir à lexpression simple, attardons-nous ` a la denition du champs

( eld ) de loption de ltrage. Ce champs fait le lien avec la structure des ev en ements


21/50


22/50


Op erateur Encodage Valeurs de comparaisonsEgal = Quark, LttTime, IntegerInegal ! = Quark, LttTime, IntegerPlus grand > LttTime, IntegerPlus grand ou egal > = LttTime, IntegerPlus petit < LttTime, Integer

Plus petit ou egal < = LttTime, Integer

TAB . 3.3 Op erateurs mathematique

repr esenterons la chane de caract` ere comme un Quark 3 et les valeurs temporelles sous

forme de LttTime 4 .

Finalement, mentionnons aussi que lusager ` a la possibilite de rafner lexpression

presente sil le desire. Ainsi, il est possible de combiner des sous-expressions en utili-

sant des parenth` eses. La sous-expression ainsi exprim ee sera evalu ee individuellement

des autres expressions simples.

3.1.5 Analyse de la structure de larbre

Construction de larbre

A laide de lexpression de ltrage maintenant d enie, il est possible de construire

un arbre de ltrage qui constituera par la suite la structureofcielle du ltrage. Or, pour

assurer un parcours efcace de cet arbre lors de lex ecution, il convient de choisir unestructure darbre simple, mais efcace.

Dans un premier temps, rappelons la forme que prendra larbre par rapport ` a lex-

pression de ltrage. Ainsi, on suppose lexpression suivante :

f ( x) = A( x)& B( x)&C ( x)& D( x)3 Un quark est une association integer-string4 Structure compos ee de deux champs integer sp eciant les secondes et nanosecondes


23/50


Dans cette expression, A(x), B(x), C(x) et D(x) repr esententdes expressions simples.

Comme speci e auparavant, chaque expression simple est s epar e par un op erateur lo-

gique, dans ce cas, un ET binaire. Dans un arbre, une expression simple est repr esent ee

par une feuille. Lop erateur logique quant ` a lui, prend la forme dun noeud. Ainsi, il est

possible de repr esenter l equation prec edente par larbre n-aire repr esent e a la gure

3.2.

AND

A B C D

F IG . 3.2 Repr esentation dune expression de ltre en arbre n-aire

Avec cette structure darbre, il est toutefois impossible de connatre ` a lavance le

nombre denfants de chaque noeud [7]. Son implantation demanderait donc la cr eation

dun vecteur des diff erents enfants.

An de r egulariser la structure de larbre, il est possible dutiliser un arbre plus

simple. Ainsi, pour les besoins de cette application, nous pencherons pour larbre bi-

naire. Larbre binaire est une structure dimplantation simple qui poss` ede au plus deux

noeuds [7][2][1]. De m eme, cette structure peut facilement etre implante dans un es-

pace m emoire continu [7], ce qui peut aider ` a limiter les deplacements en m emoire.

La forme de larbre est beaucoup plus intuitive que celle de larbre binaire. En

effet, il est possible de remarquer que les enfants directs dun noeud op erateur sont

directement les expressions simples qui sont ses voisins physiques dans lexpression

initiale. La gure 3.3 repr esente larbre binaire pour l equation analys eepr ecedemment


24/50


AND

A AND

B AND

C D

F IG . 3.3 Repr esentation dune expression de ltre en arbre binaire

Lexpression analys ee demeure encorerelativement simple. Comme sp eci epr ec edemment,

il est possible de former des sous-expressions en utilisant les parenth` eses. Cette mesure

aura cependant un effet direct sur la structure de larbre. Prenons par exemple lexpres-

sion suivante :

f ( x) = ( A( x)& B( x))&(C ( x)& D( x))

Il est possible de repr esenter cette nouvelle expression par larbre de la gure 3.4.

AND

AND AND

A B C D

F IG . 3.4 Repr esentation dune expression avec parenth` eses


25/50


Enn, il est possible de remarquer que les op erateurs logiques ET, OU et OU

EXCLUSIF formeronttoujoursdeux enfants dans larbre. Or, lop erateur NON consti-

tue lexception ` a cette r egle et nadmet quun seul enfant.

Parcours de larbre

Une fois larbre de ltrage construit, il sera n ecessaire den effectuer le parcours.

Cette etape de ltrage devient cruciale par son emplacement dans la s equence dex ecution

du programme. En effet, le ltre devra etre appele pour chaque ev enement de la trace

en ex ecution. Il est donc imp eratif sous ces conditions de fournir le r esultat de ltrage

le plus rapidement possible.

Sous cette optique, larbre binaire garantit un parcours simple et rapide de larbre.Or, il est possible dam eliorer le rendement de parcours en utilisant des heuristiques

si cela est possible. Puisque les expressions de ltrage utilisent des op erateurs bi-

naires pour separer chaque noeud, il peut parfois etre inutile devaluer le resultat dune

branche si la precedente a deja fourni un r esultat qui donne une r eponse nale. Le ta-

bleau 3.4 represente les differentes heuristiques admissibles par la structure de larbre.

Op erateur de liaison R esultat de la branche de gauche R esultat nalOU VRAI VRAIET FAUX FAUX

TAB . 3.4 Heuristiques de larbre de ltrage

Nous verrons plus loin ` a la section 3.3.2 comment ces heuristiques seront im-

plant ees au programme.

3.2 Conception

La conception est la derni` ere etape avant de passer ` a limplantation du ltre. Dans

cette section, nous analyserons la mod elisation UML du ltre et des modules avec les-


26/50


quels il interagit.

Bien entendu, il convient de se rappeler que Lttv est implante en langage C, qui nest

pas a proprement dit orient e objet. Toutefois, la philosophie dimplantation g enerale du

programme Lttv et celle de limplantation des ltres suit une structure de conception

hautement orient e objet et permet donc une analyse UML sommaire.

3.2.1 Etapes de conception

Etape 1 : Filtre au niveau noyau

La conception du ltre au niveau noyau se r esume a la structure de larbre de l-

trage et des classes desquelles il d epend. Ainsi, la gure 3.5 repr esente les differentes

classes du syst`eme et leurs inter relations.

Le ltre noyau est ofciellement compos e de trois classes, soit la classe LttvFilter ,

LttvFilterTree et LttvSimpleExpression .

La classe LttvFilter est le siege du ltre dans lapplication. Cest cet objet qui

repr esentera le ltre cr ee et transmis au reste de lapplication. cette classe contient

un objet de la classe LttvFilterTree et la chane dexpression telle quenvoy e a lorigine

par lusager pour reconstitution eventuelle.

La classe LttvFilterTree represente larbre de ltrage cr ee a partir de lexpression de

ltrage. Cette classe repr esente limplantation dun arbre binaire. Le noeud de larbre

est identie grace a lattribut node . Celui-ci prend comme valeur un op erateur logique

qui lie les deux noeuds enfants entre eux. Ensuite, un noeud enfant dans larbre est

identie a partir dun objet union TreeNode . Cet objet peut prendre soit etre une ex-

pression simple LttvSimpleExpression ou un sous-arbre LttvFilterTree .


27/50


F IG . 3.5 Diagramme de classes du module noyau

Enn, la classe LttvSimpleExpression repr esenteles feuilles de larbre binaire. Chaque

expression simple est constitu e des attributs eld , offset , op et value . En premier lieu,

lattribut eld est le num ero de champ de ltrage. Lattribut op est un pointeur vers

une des fonctions de comparaison des valeurs de ltrage. Lattribut value est un objet

union LttvFieldValue qui repr esente la valeur de comparaison du ltrage encod e dans

le format appropri e. Enn lattribut offset sera eventuellement utilis e pour retracer ef-


28/50


cacement les champs de ltrage dynamiques qui nont malheureusement pas pu etre

implantes au cours de ce projet.

Etape 2 : Module ltre textuel

Le module ltre textuel repr esente bien la partie la plus ais ee du projet `a conce-

voir. En effet, ce module na aucune structure logicielle ` a proprement parler. Toutefois,

il convient de mentionner les diverses interactions que ce module devra entreprendre

avec les autres modules textuels ainsi que le noyau. La gure 3.6 afche le diagramme

de sequence qui caract erise la situation.

Ainsi, en premier lieu, le module ltre textuel envoie la chane de ltrage au module

batchAnalysis qui soccupera de la cr eation et sauvegarde du ltre. Par la suite, lorsdune demande de ltrage, le module textDump recup erera le ltre de batchAnalysis et

proc edera au ltrage par un appel au module noyau.


29/50


F IG . 3.6 Diagramme de s equence du module textuel

Etape 3 : Module ltre graphique

Le module ltre graphique demande une conception l egerement plus pointue que

le ltre textuel. En effet, bien que la sortie des deux modules soit identique, le module

graphique demande une conception dinterface. Ainsi, le module graphique peut etre

repr esent e par le diagramme de classe de la gure 3.7.

Ce diagramme nest compos e que de deux classes, soit les classes FilterViewerData

et FilterViewerDataLine .


30/50


F IG . 3.7 Diagramme de classes du module graphique

La classe FilterViewerData contient toute linformation propre au module gra-

phique. Ainsi, on y retrouve les diff erents widgets qui composent linterface. Pour plus

dinformations, le tableau 3.5 sp ecie lutilite des principaux widgets.

Widget Repr esentationf main box Conteneur principal du module graphiquef expression eld Champ dentr ee de lexpression textuellef process button Bouton denvoi du ltref add button Ajout de sous-expression au ltref logical op junction box Op erateur de liaison de sous-expressions

TAB . 3.5 Widgets de FilterViewerData

La classe FilterViewerDataLine represente les expressions simples que lusager

pourra choisir parmi les botes de choix. Des objets de cette classe sont ajout es dans

un vecteur delements de la classe FilterViewerData pour conserver linformation de

chaque expression simple ajout ee par lusager. La gure 3.6 sp ecie lutilite des wid-

gets pour cette classe.

A partir de cette interface, il est maintenant possible de formuler une expression de


31/50


Widget Repr esentationf not op box Inverseur de lexpression simplef eld box Champ de ltragef math op box Operateur mathematiquef value eld Valeur de comparaisonf logical op box Operateur de liaison de lexpression simple suivante

TAB . 3.6 Widgets de FilterViewerData

ltrage qui sera envoy e au ltre noyau. On peut maintenant analyser linteraction entre

le module graphique et les autres modules par un diagramme de s equence represent e a

la gure 3.8.

F IG . 3.8 Diagramme de s equence du module graphique


32/50


Une fois lexpression de ltrage lanc ee par lutilisateur, le module graphique cr ee

lui-m eme larbre de ltrage et puis enregistre le ltre sur la fen etre LttvWindow corres-

pondante. Lorsque les modules graphiques requerront un quelconque ltrage, ceux-ci

pourront recup erer le ltre par un appel ` a cette m eme fen etre LttvWindow .

3.2.2 Documentation

An de laisser un code clair et lisible au d eveloppeur futur, une bonne documen-

tation est de mise dans tout projet. Ainsi, ce projet mettra en oeuvre la syntaxe de

documentation Doxygen [6] pour construire une r eference g en erale de lAPI. Doxygen

permet de generer une documentation dans plusieurs formats diff erents ( html, rtf, man

pages ) et constitue donc un support standard sur toute plate forme. Il est possible de

voir une partie de la documentation Doxygen gen eree pour les modules de ltre en

annexes.

3.3 Implantation

Pour linter et de ce projet, la description de limplantation se limitera aux fonc-

tionnalites du module noyau qui demeure le plus important. Celui-ci se s epare en deux

sections quon pourrait d ecrire comme suit : pr ecompilation du ltre et parcours du

ltre .

3.3.1 Pr ecompilation du ltre

La pr ecompilation du ltre a lieu avant lanalyse des traces. Il sagit de la conver-

sion de lexpression de ltrage textuelle en arbre de ltrage. Pour des raisons de perfor-

mance, lanalyse de lexpression de ltrage et la construction de larbre se font simul-

tanement. Lordre de complexit e de cet algorithme est donc directement proportionnel

a la longueur de lexpression de ltrage.


33/50


34/50


Alg. 1 Precompilation du ltre1: lter est lobjet ltre2: expression est lexpression de ltrage3: tree est larbre de ltrage principal4: subtree est un tampon pour un sous-arbre5: tree stack represente la pile de tous les sous-arbres6: p nesting est la variable de contr ole des sous-expressions7: not est la variable de contr ole des inversions8: p nesting 09: pour i 0 jusqu a taille de lexpression

10: si expression [i] = & ou | ou alors11: si operateur NON sp eci e alors12: Concat ener un sous-arbre NON ` a larbre courant13: non FALSE 14:

15: si subtree existe alors16: Creer un nouveau sous-arbre t 17: Assigner loperateur logique ` a larbre t 18: Concat ener subtree `a la branche gauche du nouvel arbre t 19: Concat ener t a la branche droite de larbre courant20: sinon21: Creer lexpression simple22: Creer un nouveau sous-arbre t 23: Assigner loperateur logique ` a larbre t 24: Ajouter lexpression simple ` a la branche gauche du nouvel arbre t 25: Concat ener t a la branche droite de larbre courant26:

27: sinon si expression [i] = ! alors28: not TRUE 29: sinon si expression [i] = ( ou [ ou { alors30: p nesting p nesting + 131:

Creer un nouveau sous-arbre32: Empiler ce sous-arbre sur la pile tree stack 33: sinon si expression [i] = ) ou ] ou } alors34: p nesting p nesting 135: si operateur NON sp eci e alors36: Concat ener un sous-arbre NON ` a larbre courant37: not FALSE 38:

39: si subtree existe alors40: Concat ener subtree a la branche droite de larbre courant41: Depiler la pile tree stack sur lobjet subtree42: sinon43: Creer lexpression simple

44: Ajouter lexpression simple ` a la branche droite de larbre courant45: Concat ener t a la branche droite de larbre courant46: Depiler la pile tree stack sur lobjet subtree47:

48: sinon si expression [i] = > ou > = ou = ou ! = ou < ou < = alors49: Enregistrer le champ dans lexpression simple50: Assigner la fonction propre ` a lop erateur pour lexpression simple51: sinon52: Concat ener expression [i] au tampon dexpression53:

54:

55: Enregistrer la derni` ere expression simple ` a lextr eme droite de larbre


35/50


Alg. 2 Parcours du ltre1: lresult est le resultat de la branche gauche2: lresult est le resultat de la branche droite3: t est larbre courant4: lresult FALSE 5: rresult FALSE 6: si le ls gauche de t est une feuille alors7: lresult

resultat du ltre

8: sinon si le ls gauche de t est un noeud alors9: lresult parcours de la branche gauche de larbre

10:11: si operateur de t est un ou et lresult est vrai alors12: retourner TRUE13:

14: si operateur de t est un et et lresult est faux alors15: retourner FAUX

16:17: si le ls droit de t est une feuille alors18: rresult resultat du ltre19: sinon si le ls droit de t est un noeud alors

20: rresult parcours de la branche droite de larbre

21:22: retourner loperation entre rresult et lresult


36/50


37/50

CHAPITRE 4. R ESULTATS 28

textFilter

textDump

batchAnalysis

Depend de

Depend de

F IG . 4.1 Dependance des modules textuels

expression,-e

Entr ee dune expression ` a la ligne de commande. Cette commande est utilis ee pour

des expressions de ltrage courtes

lename,-f

Entr ee dune expression contenue dans un chier local. Cette commande peut etre

utile lorsque lutilisateur requiert un ltrage pointu des traces dex ecution.

Par ailleurs, il est important de savoir que les expressions fournies simultan ement

seront par la suite concat enees en une seule expression ind ependante. Lop erateur de

liaison qui fait le pas entre les sous-expressions est le ET logique.

4.1.2 Utilisation du module ltre graphique

Un modulede ltrage graphiquea ete implante au sein du programme Lttv conformement

aux sp ecications du projet. Ainsi, il est possible de voir un apercu de ce module en


38/50


interaction avec le module guicontrolow a la gure 4.2

F IG . 4.2 Module ltre graphique

1 Cet icone sert a actionner le module de ltre

2

Ce champ represente lexpression de ltrage textuelle qui sera en-

voyee au ltre noyau. Cette expression peut etre modiee directe-

ment, ou par lajout de nouvelles sous-expressions par les botes de

choix ( 5).

3

Ce bouton permet ` a lusager denvoyer lexpression du champ de l-

trage au ltre noyau. Le ltre construira par la suite larbre ` a partir de

cette expression.


39/50


4

Ce bouton permet ` a lusager de rajouter les diff erentes options de

ltrage speci es dans les botes de choix au champ de ltrage. Si

une expression est d eja presente dans ce champ, la nouvelle sous-

expression sera concat en e par un op erateur logique choisi.

5

Ces botes de choix permettent ` a lusager de former des expressions

de ltrage. Chaque ligne repr esente une expression simple constitu ee

dans lordre du champ de ltrage ( voir gure 3.2 pour plus de d etails

), dun op erateur mathematique, dune valeur et de lop erateur liant

cette expression ` a la prochaine si il y a lieu.

4.2 Sortie du programme

Pour bien illustrer les r esultats possibles du ltrage, nous proc ederons a lexemplesimple dun ltrage dun evenement en analysant son parcours ` a travers larbre de

ltrage. Ainsi, nous poserons l etat repr esent e par le tableau 4.1

Champ de ltrage Valeurevent.name irqevent.category unknownevent.time 2000.00event.tsc 50trace.name toto

TAB . 4.1 Exemple detat des traces

Il est donc possible avec le module de ltrage textuel ou graphique de sp ecier les

regles pr ecises de ltrage pour cet ev enement. Pour les besoins de notre exemple, nous

poserons lexpression de ltrage f = ( event . time > 200& trace . name = toto )&(event . tsc 160 trace . name = toto event . tsc < 80 event . name = irq

F IG . 4.3 Exemple darbre de ltrage

Gr ace a lalgorithme de parcours, le parcours de larbre sera all eg e des branches

que lheuristique jugera non n ecessaire. En effet, comme lexplique d eja la section

3.1.5 du chapitre 3, lheuristique utilis ee pour proceder a lelagage de larbre de re-

cherche se base sur les propri etes de base des operateurs logiques ET et OU et

renvoie toujours la bonne r eponse.

Ainsi, pour notre exemple, larbre r esultant du parcours est illustr e a la gure 4.4

AND

AND OR

event . time > 160 trace . name = toto event . tsc < 80 event . name = irq

1 1 1

1 1

1

F IG . 4.4 Exemple de parcours darbre de ltrage

Apr es parcours de cet arbre, le ltre conserve l element de la trace en cours dana-


41/50


lyse. Comme on peut le voir, lalgorithme de parcours de larbre a coup e la branche a

lextr eme droite. En effet, le test effectu e sur la troisi`eme branche de deuxi` eme niveau

( event . tsc < 100 ) a satisfait le condition de ltrage. De plus, comme lop erateur lo-

gique liant les deux branches entre elles est un OU logique, l evaluation du membre

de droite ne changera pas le r esultat du ltrage nal. Il a donc ete jug e plus utile a

lapplication de ne pas faire l evaluation de cette branche.

L elagage implant e pour le parcours de larbre binaire permettra eventuellement ` a

lapplication de ltrage de sauver beaucoup de temps d evaluation. En effet, la proba-

bilit e de proc eder a un elagage dans larbre de ltrage est directement proportionnelle

a la taille de celui-ci.


42/50

Chapitre 5

Discussion

5.1 Port ee du travail

Limplantation des ltres demeure essentielle pour rendre le projet Lttv accessible

au grand public. Ainsi, les ltres permettront lanalyse de traces plus complexes en

permettant de cibler uniquement les elements dont on fait lanalyse.

Par ailleurs, une grande attention a ete port ee sur la construction de larbre de l-

trage de m eme que son parcours. De cette facon, le ltre noyau constitue une entit e

distincte quil est possible de prendre pour base dans limplantation future des fonc-

tionnalites secondaires du ltre.

5.2 Analyse des m ethodes exploit ees

5.2.1 Analyse de la performance

Le souci de performance est au coeur de limplantation du Linux Trace Toolkit Vie-

wer . Par ailleurs, il est important de rappeler que le moteur principal du ltrage se situe

33


43/50

CHAPITRE 5. DISCUSSION 34

au noyau m eme de lapplication et se doit de respecter un standard doptimalit e par

rapport au reste du noyau.

Nous verrons dans les sections suivantes les performances du module noyau test e

en simulation pour diff erentes expressions de ltrage.

Construction de larbre

Comme il a deja ete mentionne a la section 3.3.1 du chapitre 3, lanalyse de lex-

pression de ltrage et la construction de larbre binaire se font simultan ement. Cela

a donc pour effet de limiter les manipulations qui sont effectu ees sur lexpression de

ltrage et sur le temps de construction de larbre. De m eme, la complexit e de cet al-

gorithme dependra directement de la longueur de la chane de caract` ere qui formelexpression.

Une analyse de complexit e de lalgorithme d emontrera qui celui-ci suit une asymp-

tote polynomiale dordre t (n)O(n2 ). Pour ns danalyse exp erimentale, la gure 5.1

repr esente l evolution du temps de construction selon la longueur de chane de ca-

ract ere.

Ainsi, pour cette analyse exp erimentale, l evolution du temps de calcul suit l equation

t (n) = 7 10 7 n2 + 2 10 4 n + 0 . 0896

Il convient de se souvenir que ces r esultats experimentaux proviennent dune ana-

lyse du cas moyen de complexit e de la construction de larbre binaire. En effet, une

expression de ltrage peut etre constitue de nombreux elements qui modient la com-

plexit e nale de lalgorithme.


44/50


45/50


Larbre binaire

Larbre binaire construit par le module de ltre noyau est un arbre dont le ni-

veau d epend indirectement du nombre dexpressions simples. En effet, il est difcile

devaluer a sa construction le niveau quempruntera larbre de ltrage, cela d u auxmultiples sous-arbres qui se m eleront a la structure nale. Par ailleurs, larbre binaire

de ltrage nest pas un arbre complet, ni parfait[7] ni ne pourra eventuellement etre

transforme comme tel.

Parailleurs, il serait toutefoispossiblede proc eder a une optimisationpost-construction

de larbre pour equilibrer les expressions et sous-arbres en d eplacant les expressions fa-

vorisant un elagage des branches au d ebut du parcours.

De m eme, les expressions NON font place ` a une optimisation possible. En effet,

il est possible de simplier une expression simple ou sous-expression pr eced e dun

operateur logique NON. Ainsi, en appliquant la loi de Murphy , il serait possible de

simplier lexpression f ( x) = !( A( x) < a& B( x) = b) par f ( x) = A( x) a | B( x) = b. Il

sagit dune optimisation dun noeud dans larbre de ltrage.

Module graphique

Comme toujours pour une interfacegraphique, de nombreuses am eliorationspeuvent

etre amenees pour la rendre plus facile dutilisation. Dans le cadre de ce projet, une in-

terface sommaire a pu etre d eveloppee et permet `a lusager de specier a laide de

bote de choix les diff erentes options de ltrage quil d esire utiliser. Cette interface est

simple de compr ehension et dutilisation et permet de produire des expressions de l-

trage complexes.

Toutefois, il est possible daller toujours plus loin dans l elaboration dexpressions


46/50


de ltrage. Ainsi, il serait possible de d evelopper une interface permettant ` a lusager de

specier a m eme un arbre binaire graphique les options de ltrage quil d esire utiliser.

Sauvegarde des donn ees

Par la suite, il pourrait aussi etre int eressant de developper un syst` eme de sauve-

garde des expressions de ltrage utilis ees dans linterface graphique et dans le module

textuel. En effet, le ltrage de traces peut parfois devenir complexe avec certaines sub-

tilit es quil deviendra ereintant de reinscrire `a chaque test.

Ainsi, la sauvegarde de lexpression pourrait prendre une structure beaucoup plus

modulairequunesimple chane de caract` eres. Pour ce faire, une structure XML devien-dra int eressante pour conserver la structure intrins` eque de larbre binaire. Lexemple

suivant d emontre un exemple dutilisation possible dune telle structure pour lexpres-

sion state . pid > 0|(event . time > 100 . 00& event . time < 900 . 00)

state.pid>0

event.time>100.00event.time


47/50

Chapitre 6

Glossaire

FiltreSuivant sa denition intrins` eque, un ltre a pour fonction de conserver le bon grain,

tout en empechant le mauvais grain de passer. Implant e sous Lttv, le ltre recevra en

entr ee des evenements et traces du programme et devra d ecider, selon lexpression de

ltrage, sil laisse passer ou non l element en cours danalyse.

Expression simple

Une expression simple ou simple expression dans le programmeconstitue une com-

mande de ltrage ind ependante. Une expression simple r efere a un element pr ecis de

Lttv pour lequel on specie une valeur qui devra etre respectee lors du ltrage de cet

element.

voir sections 2.4.2 et 3.1.4.

Expression

Une expression est un ensemble dune ou plusieurs expressions simples diff erentes

38


48/50

CHAPITRE 6. GLOSSAIRE 39

separ ees entre elles par un op erateur logique. Lop erateur peut prendre la forme dun

et logique, dun ou logique ou dun ou exclusif. Un element sera en mesure de

passer un ltrage, si et seulement sil respecte la condition formul ee sous forme dex-

pression de ltrage.

voir sections 2.4.2 et 3.1.4.

Arbre de ltrage

Larbre de ltrage utilis e pour les besoins de Lttv est un arbre de recherche bi-

naire. Chaque noeud interm ediaire dans larbre correspond ` a un op erateur logique qui

effectue une liaison entre deux autres noeuds. Les feuilles de larbre, quant ` a elles,

repr esentent une expression simple dont l evaluation est effectu ee lors du parcours delarbre.

voir sections 2.4.3, 3.1.5, 3.2.1 et 3.3.


49/50

Bibliographie

[1] Gilles Brassard & Paul Bratley. Fundamentals of Algorithmics . Algorithmique.

Prentice Hall, 1996.

[2] Michel Dagenais. Aspects algorithmiques du g enie informatique, notes de cours .

Algorithmique. 2004.

[3] H.M. Deitel & P.J. Deitel. Comment programmer en C++ . Programmation. Pren-

tice Hall, 2001.

[4] http ://developer.gnome.org/doc/API/2.0/glib/index.html. GLib-2.0 API . Docu-

mentation. 2005.

[5] http ://developer.gnome.org/doc/API/2.0/gtk/index.html. GTK-2.0 API . Documen-

tation. 2005.

[6] http ://www.doxygen.org. Doxygen Manual . Documentation. 2005.

[7] Martine Bellache & Robert Lagani` ere. Algorithmes et programmation a objets .

Programmation. Presses Polytechnique, 1998.

40


50/50

Annexe A

Annexes

Les pages suivantes pr esenteront la documentation Doxygen sous format HTMLgener e pour le pr esent projet. De plus, une version electronique de cette documentation

est fournie avec le rapport.

41

Bouvier Zappa 2005 Pfe

Documents

Transcript of Bouvier Zappa 2005 Pfe