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针对并发错误的异常处理机制的设计与实现

作　者: 牛如美
导　师: 赵建军
学　校: 上海交通大学
专　业: 软件工程
关键词: 异常处理容错机制并发多线程
分类号: TP332
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着多核处理器的广泛应用,程序设计中并发技术的研究受到了极大的推动。由于并发程序本身的非确定性性质,检测、处理并发错误非常困难,所以并发程序的正确性很难得到良好的保证。一般来说在编译时检测并发错误并在程序运行时防止并发错误的发生是一项很重要的工作。在过去的几十年间,对于并发程序的容错机制已经有大量的研究工作。特别是相对于锁的性能和复杂性,相关的研究者提出了在软件和硬件机制上通过事务机制实现同步从而实现容错。相对于锁而言,软件事务内存机制[1]比较简单(不用通过锁来保证原子性),而且实现上更高效。对于原子性而言,软件事务内存能够对其提供容错支持,然而,这一容错支持同样依赖于程序员所声明的原子块:当程序员所声明的原子块无法保证并发程序的正确性时,依然需要分析、测试等手段对其进行检测。目前的研究工作还不能很好的检测并发程序中的各种错误并在程序运行过程中处理它们,防止由于程序出错所带来的严重后果。考虑到并发程序中常见错误的类型,本文提出了针对并发程序中常见错误的容错机制,通过将并发错误作为如除数为零一样的异常来处理,使得程序在发生异常之后可以采用基于回滚的方式实现容错。该课题的目的在于提供针对并发错误的异常处理的设计框架,并在Java语言上进行实现,提高程序的容错性能。当前还没有相关的研究工作将并发错误作为程序异常来处理,从而扩展程序的异常处理机制,本文课题在研究工作中的创新点主要体现在以下几个方面:(1)程序的静态分析及插装:通过对程序的静态分析识别出线程间公共变量,对公共变量的读写操作进行代码插装;(2)程序动态分析:主要体现在动态检测并发程序错误上,通过记录程序运行过程中线程间公共变量读写的序列,然后匹配原子性违例的错误模式来发现并发错误,这一算法思想使得在运行时开销上很低,相比当前相关研究工作的算法存在很大优势;(3)异常处理机制:把并发错误作为异常处理的想法在相关研究工作中是首创的,并提供了异于以往并发错误处理的方式,允许程序员根据得到的异常信息自定义异常处理方式,提高了程序的容错性能,也提高了处理并发错误的灵活性。

针对并发错误的异常处理机制的设计与实现

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