軽量仮想計算機モニタを利用したOSデバッガのロギング&リプレイ機能の提案

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タイトル別名
  • ケイリョウ カソウ ケイサンキ モニタ オ リヨウ シタ OS デバッガ ノ ロギング&リプレイ キノウ ノ テイアン
  • Logging and Replay Method for OS Debugger Using Lightweight Virtual Machine Monitor
  • システムソフトウェア設計・構成論

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抄録

汎用PCサーバに専用OSを搭載しI/Oを高性能化するアプライアンスサーバの普及と，高速I/Oデバイスの頻繁な技術革新にともない，専用OS向けデバイスドライバの開発効率向上，特に開発効率の良いデバイスドライバの開発環境（OSデバッガ）への期待が高まりつつある．従来のPCサーバ向けOSデバッガは，(1) OS異常動作時の安定稼働保証，(2) 多様なI/Oデバイスのドライバ開発への適用可能性，(3) ロギング&リプレイ機能（実行履歴を保存しながら実行を行い，再現性の低いバグが顕在化した際に当該実行の再現を行う機能）への対応，の同時実現が難しく，開発効率向上を阻害していた．本研究では，上記課題を解決するOSデバッガの実現を目指す．すでに(1)，(2) の課題は，筆者らが軽量仮想計算機を用いたOSデバッガを実装し解決した．そこで，上記OSデバッガへのロギング&リプレイ機能の実装方式を新規に提案することで(3) の課題の解決を目指す．そして，実装したロギング&リプレイ機能の実行オーバヘッドの性能評価を行い，その現実性を評価する．実装・評価を行った結果，実装方式は，既存の仮想計算機モニタ（VMWare）と比べて，38%程度の性能低減でネットワークの受信処理（および当該処理のロギング処理）が行えること，およびその際のログ格納領域サイズの増大レートは，ネットワーク受信レートとほぼ同等のレートに抑えられることが明らかになった．

Recently, the number of appliance PC servers that realize high performance I/O by utilizing proprietary OS has been increasing. Besides, I/O technology innovation cycle has been shortening. As a result, efficient debugging environments for proprietary OS device drivers are expected by many vendors. However, conventional OS debugging environment on PC servers cannot improve the driver development efficiency so much, because they have not been able to satisfy the following demands at the same time: (1) debugging environment stability, (2) wide applicability that enable debugging for any I/O device drivers, (3) easiness to support logging and replay functionality (the functionality that records logs during OS execution and replay the execution by using the logs when a timing critical bug appears). In this paper, we propose a novel OS debugging environment to improve the efficiency of device driver development. We have already implemented an OS debugging environment using Lightweight Virtual Machine Monitor to solve the problem (1) and (2). We solve the problem (3) by proposing a novel logging and replay implementation methods for our debugging environments. Besides, we will evaluate the practicability of the methods by measuring the logging and replay performance. We implemented and evaluated the logging and replay functionality and found that network packet receive performance of the method is only 38% below that of conventional virtual machine monitor (VMware). We also found that logging memory region size is increasing only at the nearly same rate as network packet arrival.

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