JPH06161817A - スレッドオンラインデバッグ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】スレッドを複数動作させながら一部のスレッド
をオンラインデバッグすることのできるスレッドオンラ
インデバッグ装置を実現する。 【構成】 シングルステップやブレイクポイントなどの
ターゲットマイクロプロセッサユニットに依存した実行
制御とデータアクセス機能を有するアセンブラレベルの
リモート・デバッグ・モニタと、通信で前記リモートデ
バッグモニタに接続して用いられるリモート・ソースコ
ード・デバッガを備えたオンラインデバッグ装置であっ
て、前記リモート・デバッグ・モニタは、スレッドとし
て被デバッグプロセス内で動作すると同時に被デバッグ
プロセスとは独立したプロセスとして扱われ、ブレイク
ポイントヒットの不正命令シグナルを非同期シグナルハ
ンドラを介して受信するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、デバッグ装置に関し、
詳しくはＵＮＩＸ（登録商標）の１ユーザプロセス内で
更に並列実行可能な単位であるスレッドをユーザプロセ
スの動作中に個別にデバッグすることを可能にするデバ
ッグ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＵＮＩＸにおいてはｓｄｂと呼ばれるプ
ロセスデバッガがあり、次のような手法で実現されてい
る。なお、図８はｓｄｂのデバッグ形態を示す図であ
り、図９はｓｄｂの基本処理の流れを示した図（プログ
ラムリスト）である。

【０００３】子プロセスの起動 ｓｄｂはforkコマンドを用いて被デバッグプロセスを子
プロセスとして生成する。この時ｓｄｂは親プロセスに
なる。次に子プロセスの仮コードへ制御が一旦移り（ま
だ子プロセスの実体はない）、ptrace(0,0,0,0) を実行
して自分はデバッグ対象であることをＵＮＩＸに知らせ
る。ＵＮＩＸは被デバッグプロセスの管理テーブルにト
レースフラグをセットする。最後に、被デバッグプロセ
スの実体がロードされ（execコマンド実行）、再びｓｄ
ｂに制御が移る。ｓｄｂは子プロセス待ち（wait）が解
除され、ユーザのコマンド待ちに入る（read）。

【０００４】子プロセスの実行制御とデータアクセス 子プロセスの実行制御とデータアクセスのコマンドはす
べてＵＮＩＸのptraceシステムコールをブレイクダウン
して実行する。ブレイクポイントも同様にptraceを用い
て、プロセッサ不正命令またはブレイク命令を子プロセ
スの論理空間に書き込むことにより実現している。そし
て実行コマンドにより子プロセスを起動し、ｓｄｂはブ
レイクポイントのヒット待ちに入る（ｗａｉｔ）。

【０００５】ブレイクポイントヒット通知 ブレイクポイントのヒットは、親プロセスであるｓｄｂ
に通知される。waitしていたデバッガはwakeup（起床）
され、ブレークポイントを解除して再びコマンド入力待
ちに入る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ＵＮＩＸの
プロセスデバッガでは、ブレイクポイントのヒットで被
デバッグプロセスが停止してしまうため、被デバッグプ
ロセス内にある並行実行可能な単位であるスレッドを複
数動作させながら一部のスレッドをオンラインデバッグ
することは不可能であるという問題がある。これを可能
とするためには以下のような課題を解決する必要があ
る。

【０００７】(1) スレッドデバッガ構成 ｓｄｂの機能の内ブレイクポイント、シングルステップ
や継続実行などの実行制御に係わるコマンド処理部分
は、基本的に被デバッグプロセス内に存在する必要があ
る。 (2) スレッドデバッグ機能 ユーザスレッドのオンラインデバッグを可能にするに
は、ブレイクポイントセット、シングルステップなどの
デバッグ機能と、継続実行、停止、メッセージ（コマン
ドとして扱うもの）の非同期受信などＵＮＩＸのスレッ
ド管理機能が必要である。ただし、ＵＮＩＸのプロセス
デバッグ機能を使用する場合、ブレイクヒットやシング
ルステップでプロセス全体が停止せず、当該スレッドの
み停止させる工夫が必要である。 (3) 非同期コマンド処理の方法 プロセス内部のスレッドモニタのデバッグコマンド受信
待ちにかかわらず、被デバッグプロセスは停止せず実行
を継続できなければならない。

【０００８】本発明の目的は、上記のような課題を解決
し、スレッドを複数動作させながら一部のスレッドをオ
ンラインデバッグすることのできるスレッドオンライン
デバッグ装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明では、シングルステップやブレイクポイ
ントなどのターゲットマイクロプロセッサユニットに依
存した実行制御とデータアクセス機能を有するアセンブ
ラレベルのリモート・デバッグ・モニタと、通信で前記
リモートデバッグモニタに接続して用いられるリモート
・ソースコード・デバッガを備えたオンラインデバッグ
装置であって、前記リモート・デバッグ・モニタは、ス
レッドとして被デバッグプロセス内で動作すると同時に
被デバッグプロセスとは独立したプロセスとして扱わ
れ、ブレイクポイントヒットの不正命令シグナルを非同
期シグナルハンドラを介して受信するように構成したこ
とを特徴とする。

【００１０】

【作用】Ｃ言語ソースコードデバッガを、コマンド処理
部、ソースコード表示部とシンボル操作部から成る部分
（ｒＳＤＢ）と、実行制御部とメモリアクセス部から成
る部分（ｒＤＢＭ）とに大別する。ｒＳＤＢは常にワー
クステーション上で動作し通信でｒＤＢＭと接続して利
用される。ｒＤＢＭはスレッドとして被デバッグプロセ
ス内で動作し、被デバッグプロセスとは独立したプロセ
スとして扱われる。ブレイクポイントヒットの不正命令
シグナルを被デバッグプロセスの不正命令シグナルハン
ドラが直接受信し、これをメッセージ機能を使用してｒ
ＤＢＭに通知するようにしている。スレッドブレイク機
能の実現にホストマシンの不正命令とＵＮＩＸの不正命
令シグナルを使用することはｓｄｂと同様であるが、ブ
レイクポイントヒットの不正命令シグナルをＵＮＩＸか
ら受信するのはｒＳＤＢではなく被デバッグプロセス内
のｒＤＢＭが非同期シグナルハンドラを介して受信した
点が従来のものと異なる。

【００１１】

【実施例】以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。
まず、本発明を適用するシミュレーション開発環境につ
いて説明する。図１に示すシミュレーション開発環境に
おいて、１０はシステム・プロセスであり、ターゲット
のソフトウェアシステムを模擬するプロセスで、非同期
シグナルハンドラ２０、リモート・デバッグ・モニタ
（以下ｒＤＢＭと略記）１１、スレッド１２より構成さ
れている。

【００１２】３０はソースコードとシンボルの管理や制
御を司どり同時使用が可能なリモート・ソースコード・
デバッガ（以下ｒＳＤＢと略記）であり、ｒＤＢＭ１１
と対になってＣ言語レベルデバッガと成り得るものであ
る。なお、複数のｒＳＤＢを用意することにより各種デ
バッグモードに効果的に対応することができる。４０は
ＵＮＩＸのＯＳであり、シグナルハンドラ２０に必要な
シグナルを与える。

【００１３】図２は図１に示すシステム・プロセスにお
いて用られるＣ言語ソースコードデバッガの概念的構成
図である。一般のＣ言語ソースコードデバッガは、基本
的にコマンド処理部、ソースコード表示部、シンボル操
作部、実行制御部、メモリアクセス部から構成されてい
る。特に、シンボル操作部はオブジェクト形式に依存
し、そして実行制御部はシングルステップやブレイクポ
イントなどマイクロプロセッサユニット（以下ＭＰＵと
略記する）に依存している。本発明では、これらを２つ
の独立した機能に分離し、汎用化している。

【００１４】図２において、１００はＣ言語レベルデバ
ッガであり、コマンド処理やソースコード表示、シンボ
ル操作等の機能を有するＣ言語レベルデバッグ支援環境
１１０と、コマンドの実行制御やメモリアクセス等の機
能を有するアセンブラデバッガ１２０より構成される。
そして両者は独立分離され、通信により信号の送受が可
能になっている。なお、図中の符号Ｐはそのプロセス
（例えばｒＳＤＢ）がＵＮＩＸプロセスであることを表
わし、また符号Ｐ／ＴはそのプロセスがＵＮＩＸプロセ
スまたはリアルタイムタスクであることを表わす。

【００１５】Ｃ言語レベルデバッグ支援環境１１０内の
ｒＳＤＢ３０は、Ｃ言語レベルのデバッグを支援する部
分であり、常にワークステーション上で動作し通信で接
続されているｒＤＢＭ１１と対になって用いられる（１
つのｒＤＢＭ１１に対してＮ個のｒＳＤＢを接続でき
る）。ｒＳＤＢ３０とｒＤＢＭ１１は、ネットワークイ
ンタフェース１１１，１２１を介して結合されている。

【００１６】ｒＤＢＭ１１はアセンブラレベルのデバッ
ガであり、シングルステップやブレイクポイントなどの
ターゲットマイクロプロセッサに依存した実行制御とデ
ータアクセス機能を分担する。このｒＤＢＭ１１はシス
テムプロセス１０やターゲット上で動作する。そして、
複数のタスクを同時にデバッグすることができるマルチ
タスクデバッグ、複数のｒＳＤＢからのコマンドを同時
に処理することができるマルチｒＳＤＢ対応、オンライ
ンあるいはオフラインの動作モードを有するマルチデバ
ッグモードなどの機能を有する。

【００１７】本発明は、以上のような構成を基盤とし、
更にこれに次のようなスレッドデバッグ機構を付加した
ものである。 ｒＤＢＭ１１をスレッドとして被デバッグプロセス内
で動作させる。この場合、従来のｓｄｂは被デバッグ対
象を子プロセスとして扱うのに対して、ｒＳＤＢ３０と
被デバッグプロセスの関係は親子の関係ではなく、独立
したプロセスとして扱う。 スレッドブレイク機能の実現にホストマシンの不正命
令とＵＮＩＸの不正命令シグナル（SIGILL）を使用する
ことはｓｄｂと同様であるが、ブレイクポイントヒット
の不正命令シグナルをＵＮＩＸから受信するのは、ｒＳ
ＤＢ３０ではなく被デバッグプロセス内のｒＳＤＢ１１
が非同期シグナルハンドラを介して受信する。本発明で
特に強調する点は、ブレイクポイントヒットの不正命令
シグナルを被デバッグプロセスの不正命令シグナルハン
ドラが直接受信し、これをメッセージ機能を使用してｒ
ＤＢＭ１１に通知するメカニズムである。この不正命令
シグナルは、非デバッグプロセスに対して非同期に発生
しｒＤＢＭ１１に通知されるので、ｒＤＢＭ以外のスレ
ッドの動作には影響しない。

【００１８】上記のようなデバッガを用いてデバッグを
行う際の全体構成を図３に示す。図において、符号Ｐは
当該プロセスがＵＮＩＸプロセスであることを表わし、
符号Ｓは当該プロセスがスレッドであることを表わす。
２００は被デバッグプロセスであり、ライブラリ２０
１、非同期シグナルハンドラとしてのＳＩＧＩＬＬハン
ドラ２０２とＳＩＧＩＯハンドラ２０３、被デバッグス
レッドであるユーザスレッド２０４、そしてｒＤＢＭ３
０より成る。ＳＩＧＩＬＬハンドラ２０２は、不正命令
実行時にｒＳＤＢ３０からのコマンド受信用非同期割込
みハンドラである。ＳＩＧＩＯハンドラ２０３は、ｒＳ
ＤＢ３０からのコマンド受信用非同期割込みハンドラで
ある。

【００１９】上記ライブラリ２０１は、スレッドデバッ
グ機能を実現するために以下のライブラリを備えてい
る。 スレッド管理ライブラリ ＵＮＩＸが提供するカーネルインプリメントスレッド
（コルーチンライブラリではない）で、スレッドコンテ
キストスイッチはＵＮＩＸが行う。 メッセージ管理ライブラリ

【００２０】次表はスレッド管理用およびスレッド間メ
ッセージに係るコマンドとその機能の一覧表である。

【００２１】ＳＩＧＩＯハンドラ２０３からｒＤＢＭ１
１に送信されるメッセージには、ブレイクポイントヒッ
トとｒＳＤＢ３０からのコマンドがあり、例えば次のよ
うな構造体で定義する。 #define unsigned char string; #define unsigned long UW; struct t_knlmsgp{ /* シグナルハンドラからのメッセージ */ string cmd[8]; /* * "BREAKHIT" - ブレイクヒット * "********" - ＲＳＤＢからのコマンド * */ UW rsdb_sid; /* ＲＳＤＢ通信ソケット識別子 */ UW break_adr; /* ブレイクアドレス（３２ビット） */ };

【００２２】このような構成における各部の動作を次に
説明する。 (1) ｒＤＢＭ１１の処理 図４にこの処理に係るプログラムのリストを示す。な
お、このプログラムは引数がなく返値もない関数であ
る。またこのリストは説明用であって完全なプログラム
リストではない。この処理においては、まずメッセージ
バッファの型が上記メッセージ構造体の型であるとし、
次にｒＳＤＢ３０との非同期通信ソケットの初期化、不
正命令（SIGILL）シグナル受信用ハンドラを定義し、コ
マンド受信用シグナルハンドラ（SIGIO ）を定義する。
その後次のメッセージ待ちの処理に入る。メッセージ源
はｒＳＤＢ３０とシグナルハンドラである。メッセージ
を受けると、そのコマンドの種類によって次の３つの処
理に分かれる。

【００２３】コマンドが、ブレークポイントのヒット
であった場合 意図したものか否かを判断し、ブレイクポイントであれ
ば以下の処理を継続し、そうでなければ例外処理を起動
し、再びメッセージ待ちへ戻る。ブレイクポイントであ
れば、ブレークポイントを解除する。そしてブレークポ
イントをブレークポイント管理テーブルから削除する。
続いて、ソケット識別子を用い、要求したｒＳＤＢ３０
にブレイクを通知する。そして再び上記メッセージ待ち
へ戻る。 コマンドが、ブレイクポイントセットであった場合 ブレイクポイントのデータをセーブする。続いて、不正
命令をセットし、ブレークポイント管理テーブルにブレ
ークポイントデータを登録する。次にソケット識別子を
用いて、要求元のｒＳＤＢ３０に結果を通知する。それ
が終了すると再び上記メッセージ待ちへ戻る。 コマンドが、その他のｒＳＤＢコマンドであった場合 各ｒＳＤＢコマンド処理を行う。続いてソケット識別子
を用い、要求元のｒＳＤＢに結果を通知する。その後上
記メッセージ待ちへ移行する。

【００２４】(2) 不正命令シグナル（ＳＩＧＩＬＬ）ハ
ンドラの処理 図５に処理プログラムを示す。不正命令が実行されたと
きこのハンドラの処理（sigillhdr() ）が実行される。
そしてｒＤＢＭ１１にブレイク情報が送信される。以下
処理の内容を説明する。メッセージバッファの型は前記
メッセージ構造体の型であるとし、メッセージバッファ
に"BREAKHIT"コマンドとブレイクアドレスをセットす
る。そしてメッセージバッファ内の情報をｒＤＢＭ１１
に送信する。ブレイクアドレスか否かはｒＤＢＭ１１が
判断する。

【００２５】(3) コマンド受信シグナル（ＳＩＧＩＯ）
ハンドラの処理 ｒＳＤＢ３０からコマンドを受信すると図６に示される
コマンド受信シグナルハンドラ（sigiohdr()）が実行さ
れ、ｒＤＢＭ１１にコマンドを送信する。処理内容は次
の通りである。メッセージバッファが前記メッセージ構
造体型であるとし、メッセージバッファにｒＳＤＢコマ
ンドとｒＳＤＢソケット識別子をセットする。次に、ｒ
ＤＢＭ１１にそれを送信する。

【００２６】(4) ブレイクポイントのセットとヒットの
動作 図７を参照してその動作を順を追って説明する。なお、
項目番号ａ，ｂ，ｃ，．．．は図中の円囲みのａ，ｂ，
ｃ，．．．に対応する。 (a) ｒＳＤＢ３０からブレイクコマンドが送信される。 (b) システムプロセスのＳＩＧＩＯハンドラ２０３が起
動し、ソケットから前記コマンドを読み取る。 (c) ＳＩＧＩＯ２０３ハンドラからｒＤＢＭ１１にその
コマンドを送信する。ｒＤＢＭのメッセージ受信待ちは
解除される。 (d) ＳＩＧＩＯハンドラを終了し、ｒＤＢＭ１１へスレ
ッドを切り替える。ｒＤＢＭはユーザスレッド２０４よ
り常に高い優先度である。 (e) ｒＤＢＭ１１は前記ブレイクコマンドを識別する。

【００２７】(f) ｒＤＢＭ１１はｒＳＤＢ３０から得た
ブレイクポイントアドレスの内容を保存する。ブレイク
ポイントアドレスには直接ＭＰＵ不正命令をセットす
る。そしてｒＤＢＭは再びコマンド受信待ちになる。 (g) ｒＳＤＢ３０からｒＤＢＭ１１に実行継続コマンド
が送信される。上記(b) から(e) を順に実行し、被デバ
ッグスレッドを継続実行する。そしてｒＤＢＭは再びコ
マンド受信待ちとなる。 (h) 被デバッグスレッド（ユーザスレッド２０４）へス
レッドが切り替わる。 (i) ブレイクヒットし、ＳＩＧＩＬＬハンドラが起動さ
れる。 (j) ＳＩＧＩＬＬハンドラはバッファ（sigcontext構造
体）から不正命令実行アドレスを抽出する。 (k) ｒＤＢＭ１１にブレイクヒットコマンドと不正命令
実行アドレスを送信する。

【００２８】(l) ＳＩＧＩＯハンドラを終了し、ｒＤＢ
Ｍ１１へスレッドを切り替える。 (m) ｒＤＢＭ１１は不正命令実行アドレスがブレイクポ
イントアドレスであるかどうか判定する。 (n) ブレイクポイントアドレスであればヒットしたスレ
ッドを強制停止し、ブレイクポイントアドレスでなけれ
ば例外処理を起動する。 (o) ブレイクポイントを修復しｒＤＢＭ１１は再びコマ
ンド受信待ちになる。 (p) 被デバッグスレッド２０４はｒＳＤＢ３０からの継
続実行コマンドにより実行を再開する。 以上のようにして容易にスレッドのみをオンラインデバ
ッグすることができる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば次の
ような効果がある。スレッドサービスの普及によってＵ
ＮＩＸプロセスを停止することなく部分的に特定のスレ
ッドのみをオンラインデバッグすることが要求される。
本発明によれば、スレッド管理機能やスレッド間メッセ
ージ機能を利用してオンラインスレッドデバッグを容易
に実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実現するためのシミュレーション開発
環境の一例を示す構成図である。

【図２】Ｃ言語レベルデバッガの実施例構成図である。

【図３】本発明に係るスレッドオンラインデバッグ装置
の一実施例を示す構成図である。

【図４】ｒＤＢＭの処理内容を説明するための図であ
る。

【図５】不正命令シグナルハンドラの処理内容を説明す
るための図である。

【図６】コマンド受信シグナルハンドラの処理内容を説
明するための図である。

【図７】ブレイクポイントセットおよびヒットの動作を
説明するための図である。

【図８】ｓｄｂのデバッグ形態を示す図である。

【図９】ｓｄｂの基本処理の流れを示した図である．

【符号の説明】

１０ システムプロセス １１ ｒＤＢＭ １２ スレッド ２０ 非同期シグナルハンドラ ３０ ｒＳＤＢ ４０ ＵＮＩＸ １００ Ｃ言語レベルデバッガ １１０ Ｃ言語レベルデバッグ支援環境 １２０ アセンブラレベルデバッガ ２００ 被デバッグプロセス ２０１ ライブラリ ２０２ ＳＩＧＩＯハンドラ ２０３ ＳＩＧＩＬＬハンドラ ２０４ 被デバッグスレッド

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アセンブラレベルのデバッガであって、シ
   ングルステップやブレイクポイントなどのターゲットマ
   イクロプロセッサユニットに依存した実行制御とデータ
   アクセス機能を有するリモート・デバッグ・モニタと、 Ｃ言語レベルのデバッグを支援する部分であり、通信で
   前記リモート・デバッグ・モニタに接続して用いられる
   リモート・ソースコード・デバッガを備えたオンライン
   デバッグ装置であって、 前記リモート・デバッグ・モニタは、スレッドとして被
   デバッグプロセス内で動作すると同時に被デバッグプロ
   セスとは独立したプロセスとして扱われ、ブレイクポイ
   ントヒットの不正命令シグナルを非同期シグナルハンド
   ラを介して受信するように構成したことを特徴とするス
   レッドオンラインデバッグ装置。