Die geregelte logische Uhr, eine globale Uhr für die tracebasierte Überwachung paralleler Anwendungen

Abstract

Das Aufzeichnen und Darstellen des Programmflusses sowie des Nachrichtenaustauschs paralleler Anwendungen ist schwierig, wenn jeder Prozessor eine eigene Uhr besitzt, und diese Uhren nicht synchronisiert sind. Mehrere Strategien zur Bildung einer globalen Uhrzeit werden in einem Überblick dargestellt, und die Grenzen werden aufgezeigt. Die geregelte logische Uhr, eine neue Methode auf der Basis von Lamports logischer Uhr, wird vorgestellt. Ungenaue Zeitstempel aus Tracefiles werden derart modifiziert, daß sie die Uhrenbedingung erfüllen, d.h. daß der Empfang einer Nachricht einen späteren Zeitstempel als das zugehörige Sendeereignis besitzt. Mit dem Regler wird das Maximum aller lokalen Prozessoruhren als Basis für eine globale Zeit angenähert. Die korrigierten Zeitstempel ermöglichen Leistungsmessungen, bei denen die Ereignisse in verschiedenen Prozessen liegen. Eine stückweise lineare rückwärtige Amortisation der Uhrenkorrekturen garantiert, daß die Fehler bei Messungen von Zeitintervallen zwischen Ereignissen im selben Prozeß minimal sind. Bei der Erstellung eines Tracefiles ist kein zusätzlicher Protokollaufwand nötig. Die geregelte logische Uhr kann als Filter für Tracefiles implementiert werden. Sie kann aber auch in Monitor- und Debuggingwerkzeuge integriert werden.

Event tracing and monitoring of the program flow and the message exchanges of parallel applications are difficult if each processor has its own unsynchronized clock. A survey of several strategies to generate a global time is given, and the limits are discussed. The controlled logical clock is presented. It is a new method based on Lamport's logical clock and provides a method to modify inexact timestamps of tracefiles. The new timestamps guarantee the clock condition, i.e. that the receive event of a message has a later timestamp than the send event. With the control algorithm an approximation of the maximum of all local processor clocks is used as global time. The corrected timestamps can also be used for performance measurements with pairs of events in different processes. A piecewise linear backward amortisation of the clock corrections guarantees a minimal error for measurements of time intervals between events in the same process. No additional protocol overhead is needed for the new method while tracing the application. The method can be implemented as a filter for tracefiles or it can be integrated into monitor and debug tools for parallel applications.