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蜕变测试研究进展及其在并行程序测试中的研究展望

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软件学报 2023年第1期34卷 130-149页

作者：田甜杨秀婷王安轼于旭巩敦卫山东建筑大学计算机科学与技术学院山东济南250101 青岛科技大学信息科学技术学院山东青岛266061 中国矿业大学信息与控制工程学院江苏徐州221116

在软件测试过程中,待测程序的预期输出是判断软件是否存在缺陷的重要因素.蜕变测试技术是利用被测软件的属性来检查程序输出,从而有效地解决程序预期输出难以构造的问题.近年来,蜕变测试在软件测试领域取得了蓬勃的发展,许多研究人员将... 详细信息

在软件测试过程中,待测程序的预期输出是判断软件是否存在缺陷的重要因素.蜕变测试技术是利用被测软件的属性来检查程序输出,从而有效地解决程序预期输出难以构造的问题.近年来,蜕变测试在软件测试领域取得了蓬勃的发展,许多研究人员将蜕变测试技术进行优化,将其运用到各个领域,有效提高了软件质量.从原理、过程及其优化,应用领域3个方面,总结蜕变测试的研究工作,着重分析了近5年的研究进展,进一步展望了蜕变测试用于并行程序时,可能的研究主题.首先,介绍蜕变测试的基本概念和蜕变测试过程;接着,从蜕变关系、测试用例、测试执行过程以及蜕变测试工具4个角度,总结蜕变测试优化技术;然后,汇总了蜕变测试的应用领域;最后,基于已有研究成果,讨论蜕变测试在并行程序测试领域面临的问题,为蜕变技术在并行程序测试领域的研究提供可能的思路.

关键词：蜕变测试蜕变关系原始测试用例蜕变测试优化并行程序蜕变测试应用

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基于占优关系的并行程序通信覆盖约减方法

计算机应用 2021年第6期41卷 1741-1747页

作者：张辰田甜杨秀婷巩敦卫山东建筑大学计算机科学与技术学院济南250101 中国矿业大学信息与控制工程学院江苏徐州221116

针对通信规模的增大及不确定通信使得消息传递接口(MPI)并行程序通信测试难度增大的问题,提出了基于占优关系的通信覆盖约减方法。首先,基于通信与通信语句间的对应关系,将通信约减问题转换为通信语句的约减问题;然后,利用语句占优关系... 详细信息

针对通信规模的增大及不确定通信使得消息传递接口(MPI)并行程序通信测试难度增大的问题,提出了基于占优关系的通信覆盖约减方法。首先,基于通信与通信语句间的对应关系,将通信约减问题转换为通信语句的约减问题;然后,利用语句占优关系求解通信语句集的约减集;最后,选择与约减集相关的通信作为覆盖目标,使得覆盖这些目标的测试数据能够覆盖全部通信。将所提方法应用到7个典型被测程序中。实验结果表明,在不降低通信覆盖率的前提下,相较于以全部通信作为覆盖目标的测试数据生成方法,所提方法减少的测试数据的生成时间最高达95%,提高了通信覆盖测试数据生成的效率。

关键词：并行程序通信覆盖通信约减占优关系测试数据

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基于采样的并行程序性能测量分析工具研究

计算机工程与应用 2023年

作者：胡家瑞石京燕郭超奇中国科学院高能物理研究所中国科学院大学

并行计算程序的性能在实际运行中常常与理论峰值和预期存在较大差距。使用性能分析工具进行程序调优是解决这一问题的高效手段。然而，程序员和开发者在使用性能分析工具时往往面临选择困难、配置和使用复杂等挑战。研究基于采样的并行... 详细信息

并行计算程序的性能在实际运行中常常与理论峰值和预期存在较大差距。使用性能分析工具进行程序调优是解决这一问题的高效手段。然而，程序员和开发者在使用性能分析工具时往往面临选择困难、配置和使用复杂等挑战。研究基于采样的并行程序性能分析工具有助于解决上述问题。相比于插桩技术，基于异步采样的性能工具可以更好地控制测量开销和测量数据大小。该文着重研究了三种典型的基于采样的性能分析工具：VTune Profiler、HPCToolkit和Nsight Systems，分析了其原理和功能，并且结合VASP等实际应用程序对工具的软硬件分析能力和并行编程分析能力进行了详细的探究和对比。根据这些工具在不同的应用场景下表现出的不同适用性和分析效果，提出了综合运用多种工具进行性能分析的方案，为开发者和程序员提供有益的参考。

关键词：性能分析工具异步采样硬件性能计数器并行程序程序调优

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面向关键通信的并行程序测试方法

面向关键通信的并行程序测试方法

作者：王安轼山东建筑大学

学位级别：硕士

软件测试是保证并行程序可靠性和准确性的有效途径。通信是并行程序不可忽视的重要特征,对程序的执行效率有着重要影响。繁多复杂的通信是影响并行程序测试效率的关键因素。鉴于此,本文从通信覆盖转换、测试对象选择和测试数据生成三个... 详细信息

软件测试是保证并行程序可靠性和准确性的有效途径。通信是并行程序不可忽视的重要特征,对程序的执行效率有着重要影响。繁多复杂的通信是影响并行程序测试效率的关键因素。鉴于此,本文从通信覆盖转换、测试对象选择和测试数据生成三个方面,研究有效的并行程序通信测试方法。针对并行程序通信覆盖问题,本文提出基于分支转换的通信覆盖测试理论及方法。首先,基于并行程序特点,将进程间通信分为确定性通信和不确定性通信;其次,针对不同类型的通信,将对通信的覆盖问题转换为对不同进程间通信语句的覆盖问题;然后,考虑进程间通信发送和接收的匹配顺序,将对通信语句的覆盖问题转换为对通信语句所在分支的覆盖问题;最后,使用遗传算法生成覆盖不同类型通信的测试数据。针对通信测试对象选择问题,通过分析影响通信关键性的因素,本文提出基于通信关键性的测试对象选择方法。首先,考虑并行程序自身特点,综合通信语句所在结构类型与通信传递变量等特征确定影响通信关键性的因素;其次,基于影响关键性的因素建立通信关键性评价指标;然后,基于不同评价指标的影响程度提出通信关键性评价方法,计算通信关键性得分;最后,基于通信关键性采用适当的方法选择出关键通信作为测试对象。针对通信测试数据生成问题,本文将通信关键性和分支转换相结合,利用通信关键性改进适应度函数,并基于分支转换生成覆盖通信的测试数据。首先,分析并行程序通信特征以确立影响通信关键性的因素,并计算通信关键性得分;其次,基于不同因素下的关键性得分对通信进行分类;然后,利用分支转换策略将并行程序的通信覆盖转换为通信所在的分支覆盖;最后,基于通信关键性改进适应度函数,针对不同场景下的通信覆盖问题,采用多种群遗传算法生成满足通信覆盖的测试数据。本文工作为并行程序通信测试提供了一种有效的解决方案,与其他方法的对比实验分析表明,本文方法可以有效减小测试通信的规模,降低测试代价,提高并行程序的测试效率。

关键词：软件测试并行程序分支转换关键通信测试数据生成

并行程序路径覆盖测试数据的协同进化生成方法

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并行程序路径覆盖测试数据的协同进化生成方法

作者：王子鸣中国矿业大学

学位级别：硕士

随着近年来并行程序的广泛应用,并行程序的测试问题也逐渐被人们重视。其中,消息传递并行程序是一种常用的并行程序,这类程序的路径覆盖测试数据生成问题可以通过遗传算法进行求解。但是,传统方法没有充分利用并行程序调度序列提供的知... 详细信息

随着近年来并行程序的广泛应用,并行程序的测试问题也逐渐被人们重视。其中,消息传递并行程序是一种常用的并行程序,这类程序的路径覆盖测试数据生成问题可以通过遗传算法进行求解。但是,传统方法没有充分利用并行程序调度序列提供的知识,导致算法效率难以满足需求。因此,改进并行程序的测试方法是十分必要的。针对这类问题,本文提出一种测试数据协同进化生成方法,并开发了相应原型系统,提高了测试效率。本文主要有以下内容:(1)提出了一种并行程序路径覆盖测试数据协同进化生成方法。首先,根据调度序列生成对应的种群;然后,给出种群与个体的性能评价方法;最后,依据种群与个体性能,在进化过程中执行个体迁移、种群消亡、种群合并等操作,生成测试数据。该方法与传统遗传算法相比,不但没有引入对调度序列人工分析等额外人工干预,提高了测试自动化程度,而且在生成测试数据的过程中使用多个调度序列,通过评价各调度序列生成测试数据的难易程度得到对应种群的性能,进化过程中将资源更多地分配给性能较好的种群,提高了算法效率。(2)开发了并行程序路径覆盖测试数据生成原型系统。该原型系统包括程序处理、进化求解和结果处理等3个模块,用于对程序执行前的预处理、使用所提方法进行进化求解,以及结果保存和输出等。进化求解模块是该原型系统的主要部分,使用C语言编写,主要包种群定义、种群初始化,以及种群迁移、种群消亡、种群合并、种群规模计算、适应值计算、编码、解码、选择、交叉、变异等函数。利用该原型系统能够针对不同程序使用本文所提方法自动高效生成测试数据,提高了测试效率。本文所提方法能够针对并行程序高效生成测试数据,对软件测试的发展做出了积极的贡献。

关键词：并行程序路径覆盖测试数据生成协同进化遗传算法

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多核处理器并行程序的确定性重放研究

软件学报 2013年第6期24卷 1390-1402页

作者：高岚王锐钱德沛北京航空航天大学计算机学院北京100191 北京市网络技术重点实验室北京100191

多核处理器并行程序的确定性重放是实现并行程序调试的有效手段,对并行编程有重要意义.但由于多核架构下存在共享访存不同步问题,并行程序确定性重放的研究依然面临多方面的挑战,给并行程序的调试带来很大困难,严重影响了多核架构下并... 详细信息

多核处理器并行程序的确定性重放是实现并行程序调试的有效手段,对并行编程有重要意义.但由于多核架构下存在共享访存不同步问题,并行程序确定性重放的研究依然面临多方面的挑战,给并行程序的调试带来很大困难,严重影响了多核架构下并行程序的普及和发展.分析了多核处理器造成并行程序确定性重放难以实现的关键因素,总结了确定性重放的评价指标,综述了近年来学术界对并行程序确定性重放的研究.根据总结的评价指标,从纯软件方式和硬件支持方式对目前的确定性重放方法进行了分析与对比,并在此基础上对多核架构下并行程序的确定性重放未来的研究趋势和应用前景进行了展望.

关键词：多核处理器并行程序确定性重放多线程程序数据竞争调试

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并行程序解析性能模型的自动生成技术研究

并行程序解析性能模型的自动生成技术研究

作者：王学惠哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着人类认识自然和改造自然需求的增长，大规模高性能计算已经成为人们生产生活中不可缺少的研究方法。高性能计算被广泛应用于气象预测、航空航天、核试验等重要领域，实现科学计算的程序一般需要在成千上万个处理器上并行运行，程序... 详细信息

随着人类认识自然和改造自然需求的增长，大规模高性能计算已经成为人们生产生活中不可缺少的研究方法。高性能计算被广泛应用于气象预测、航空航天、核试验等重要领域，实现科学计算的程序一般需要在成千上万个处理器上并行运行，程序自身的性能和程序与平台的匹配程度都会对运行性能和成本产生显著影响。为了改善高性能计算程序的性能，为其选择匹配的运行平台，评测高性能计算程序的性能成为研究人员的又一研究方向。高性能计算领域的科学计算程序一般是单程序多数据（Single Program Multiple Data，SPMD）形式的并行程序，因此本课题的主要研究内容是，以SPMD形式的并行程序为研究对象，设计并实现并行程序解析性能模型的自动生成方案。评测程序性能的常用方法有实际测量法、基准测试法、性能模拟法和性能模型法，每种方法都有其适用的范围和局限性。通过分析这些评测方法的优缺点，选择以性能模型法为基础建立解析性能模型自动生成方案。传统性能模型法具有人工计算量大、需要使用者深入理解程序的缺点，本课题通过在计算部分借助分析工具和在通信部分引入函数封套技术规避了这些缺点。在将性能度量角度确定为程序执行时间的基础上，对并行程序解析性能模型的自动生成问题进行了描述。通过分析SPMD程序的特征，分别将程序的计算部分和通信部分进行了数学抽象，建立了描述时间性能的模型，将平台相关的参数单独处理，为跨平台性能预测提供了前提。设计了完整的性能模型自动生成方案。以目标应用程序的LLVM（Low LevelVirtual Machine） intermediate representation（IR）文件为分析对象，这在很大程度上降低了对应用程序编程语言的限制。对于计算部分，使用辅助分析工具LLVM实现热点基本块执行次数和基本算术操作次数的自动统计，对于通信部分，通过重构应用程序的循环结构确定通信函数的主循环体，使用文本解析的方法获得主循环体的执行次数和内部的通信函数信息，最后通过曲线拟合的方法确定热点基本块执行次数和主循环体循环次数的变化规律，生成应用程序的性能模型。将解析性能模型自动生成方案应用于CGPOP（Conjugate Gradient ParallelOcean Program），生成了以运行规模为变量的性能模型。使用该性能模型评测可以测量的程序性能和预测不可测量的程序性能，并与实际测量的程序性能进行比较，从评测效果和预测效果两个方面证明了性能模型的有效性和准确性。

关键词：高性能计算并行程序性能评测性能模型解析方法 LLVM

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并行程序Petri网模型的结构性质

计算机研究与发展 2007年第12期44卷 2130-2135页

作者：崔焕庆吴哲辉山东科技大学信息科学与工程学院青岛266510

正确性是并行程序的基础,但是由于它的复杂性,其验证要比串行程序困难得多,因此有必要进行建模并研究其性质.从程序的角度出发,在将基于消息传递的并行程序转换为Petri网模型之后,证明了与并行正确的并行程序对应的Petri网模型应当满足... 详细信息

正确性是并行程序的基础,但是由于它的复杂性,其验证要比串行程序困难得多,因此有必要进行建模并研究其性质.从程序的角度出发,在将基于消息传递的并行程序转换为Petri网模型之后,证明了与并行正确的并行程序对应的Petri网模型应当满足的结构性质,包括强连通性、S-不变量、T-不变量、受控死锁性质以及守恒性,并举例说明了这些性质在并行程序验证中的应用.这些性质可用于并行程序的事前验证,而且避免了使用动态性质进行验证时的状态爆炸问题,从而提高并行程序设计和验证效率.同时这些方法具有良好的可推广性.

关键词：并行程序 Petri网 MPINet 结构性质验证

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并行程序表征的语义发展趋势探析

科学技术哲学研究 2012年第4期29卷 15-22页

作者：殷杰边旭兴山西大学科学技术哲学研究中心太原030006

并行理论是解决串行理论瓶颈的途径,而表征是解决并行理论瓶颈的前提。文章在分析Ada语言、Occam语言、Petri网等主流并行程序语言的表征特征基础上,提出并行程序表征将以解决语义问题为发展趋势。

关键词：并行程序表征语义