본 논문에서는 교환기와 같은 실시간 분산 시스템의 개발을 위한 SDL과 CHILL에 기반한 통합 소프트웨어 개발 방법이 제시된다. 이미 다양한 분야에서 SDL과 CHILL의 도구들이 각각 개발되어 왔지만, 본 논문에서는 이들을 통합할 수 있도록 SDL에서 CHILL로의 자동 코드 생성과 심벌 디버깅 환경에 중점을 둔다. 이는 완벽한 수행과 심벌 추적 정보의 삽입을 위한 자동 코드 생성 단계와 SDL 심벌 디버거와 CHILL 시험 환경을 이용한 실시간 심벌 디버깅 단계로 이루어지며, 첫째 SDL에 기반한 정형명세, 둘째 설계의 검증과 확인, 셋째 자동 코드 생성, 넷째 분산된 실시간 병행 CHILL 프로그램의 디버깅, 그리고 마지막으로 응용 프로그램의 CHILL에 기반한 호스트 통합 시험을 제공한다.
멀티 스레드 프로그램의 수행 중에 발생하는 자료경합과 원자성 위배 등과 같은 동시성 오류는 스레드들의 비결정적 수행으로 인해 다양한 수행 순서를 고려해야 하고 재생산 또한 어렵기 때문에 디버깅하기 어렵고 귀찮은 오류로 잘 알려져 있다. 이러한 자료경합을 디버깅하기 위해서는 스레드의 수행 순서와 메모리 접근 및 동기화 정보 등과 같은 프로그램의 수행 중에 발생한 정보를 수집 및 분석해야 한다. 본 논문에서는 멀티 스레드 프로그램의 수행 중에 벡터 클록 시스템을 기반으로 스레드의 병행성과 접근사건들 간의 순서관계를 생성 및 유지함으로써 정확하면서도 효율적인 감시와 분석이 가능한 도구인 VcTrace를 제시한다. 제시된 감시 도구를 사용하여 멀티 스레드 기반의 응용 프로그램을 대상으로 수행 중 발생한 스레드와 접근사건 등의 정보를 감시 및 유지하고, 자료경합을 탐지하는 기술과 접목하여 실용성을 분석한다.
최근 한국을 포함한 여러 국가들에서 프로그래밍 교육이 중요시 되고 있다. 그러나 이런 상황으로 인해 더 많아진 학생들은 미숙함으로 인해 숙련자에 비해 더 많은 오류를 만나지만 이를 해결하기 위한 디버깅 실력은 아직 미숙하다. 따라서 본 논문에서는 프로그래밍 교육 지원을 위한 초보자용 GUI 디버깅 도우미 UDB (Unity-DeBugger)를 제안한다. UDB는 제출한 학생 코드를 분석하여 반응형 추적표와 오류 로그를 생성하고 이를 기반으로 GUI 및 애니메이션으로 만들어 학생과 상호작용한다. 특히 UDB는 반응형 추적표를 통해 프로그램 안에 있는 변수들의 현재 상태를 보여주고 순방향 추적뿐만 아니라 기존 IDE의 디버깅 도구들과는 다르게 역방향 추적이 가능하다는 큰 특징이 있다. 이런 UDB를 예시 코드에 실제로 적용한 결과를 통해 미숙한 학생도 역방향 추적 기능을 사용하여 오류 원인을 쉽게 찾을 수 있음을 보인다.
본 연구의 목적은 소프트웨어(SW) 교육에서 과정중심 평가를 지원하기 위한 디버깅 과제를 개발하고 서비스하는 사이트를 개발하는 것이다. 초등학교와 중학교 SW교육과정 중 프로그래밍 영역의 성취기준을 살펴보면 반복, 조건과 같은 제어구조를 구현하는 것과 변수, 입출력과 같은 요소로 구성되어 있다. 교육부에서 제시하는 과정중심 평가를 적용하기 위해서는 실제 수업환경에서 활용할 수 있는 과제를 제시하고, 성취수준과의 연계를 고려해야 한다. 따라서 본 연구에서는 디버깅 과제로 초등학교용 12과제, 중학교용 15과제를 개발하고 그 타당도를 검증하였다. 타당도 검증을 위해서 델파이 검증을 실시한 결과, 디버깅 과제의 수준과 내용이 적합한 것으로 나타났다. 또한, 디버깅 챌린지 사이트의 사용성을 휴리스틱 평가법으로 검증한 결과 양호한 수준으로 나타나, 실제 교육현장에서 활용하기에 적합한 것으로 나타났다.
효과적인 시각화는 일반적으로 대용량의 디버깅 정보와 프로그램의 추상적 수행모델을 표현하는 것이 중요하다. 본 논문에서는 스레드들간의 논리적 병행성 관계를 나타내는 부분순서 수행그래프를 이용하여 내포병렬성과 임계구역을 가진 OpenMP 병렬 프로그램의 수행양상과 경합정보의 효과적 디버깅을 위해서 효과적으로 제공하는 추상적 시각화 도구를 제안한다. 본 도구는 수행중 추적선택 기법으로 시각화 정보를 위한 공간적 복잡성을 줄이고, 추적된 시각화 정보에 프로그램의 내포병렬성과 임계구역 동기화를 위한 그래프 추상화를 제공하여 시각적 복잡성을 해결한다. 그래프 추상화를 통한 스레드들간의 부분순서 관계와 경합탐지 정보는 프로그램의 제어흐름과 경합의 위치를 구조적으로 파악할 수 있게 하므로 프로그램 수행의 이해와 경합 탐지 및 수정에 효과적이다.
OpenMP 디렉티브 프로그램에서 경합은 의도하지 않은 비결정적인 수행결과를 초래하므로 디버깅을 위해서 반드시 탐지되어야 한다. 하지만 이러한 경합을 탐지하는 기존의 도구인 Intel Thread Checker는 경합의 존재를 검증하지 못하며 경합을 탐지하는 비용이 크므로 비실용적이다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 본 연구팀은 프로그램의 특성 및 사용자 요구사항의 분석결과를 이용하여 경합을 검증하는 도구를 개발하였으나 스레드 동기화가 없는 모델에서는 최적화되지 못하였다. 본 논문에서는 이러한 선행연구의 결과를 확장하기 위해서 스레드 동기화가 없는 프로그램 모델을 위한 효율적 레이블링 기법과 경합탐지 프로토콜 기법을 적용한다. 합성프로그램을 이용하여 실험한 결과로는 스레드 동기화가 없는 프로그램 모델에서 경합검증 시간이 기존의 도구보다 평균 250배 이상 빠르고, 총 접근사건 수가 동일하면 최대병렬성이 증가하여도 경합검증 시간이 감소함을 보인다.
항공전자와 같은 실시간 시스템을 위한 어플리케이션은 신뢰성을 보장하는 것이 중요하다. 기존의 동적 분석 도구가 사용하는 Sampling기법이나 Instruction측정은 성능 저하 구간을 올바르게 탐지하지 못하기 때문에 프로그램의 품질을 상승시키기 어렵고 디버깅 비용을 증가시킨다. 본 논문은 이러한 문제의 해결을 위해 함수 별 실행 시간을 측정하고, 함수의 수행 구조를 추적하여 성능저하구간을 직관적으로 식별할 수 있는 수행시간 분석 도구를 제시한다.
기존의 프로세스 흐름 분석 도구(ltrace, strace) 및 디버깅 도구(gdb)를 사용하여 프로세스의 여러 시점을 한 번에 분석하기는 불가능하다. 또한 주로 콘솔 기반으로 수행하므로 사용에 어려움이 따른다. 본 논문에서 설계 및 구현한 프로세스 흐름 분석 도구는 프로세스의 수행 도중 원하는 시점마다 core 파일을 생성하고, core 파일을 이용하여 프로세스의 메모리 및 레지스터에 대한 정보를 분석한다. 여러 core 파일을 동시에 비교함으로써 프로세스의 수행에 대해 여러 시점을 비교 가능토록 하였고 또한 qt 라이브러리를 이용하여 비주얼적인 디스플레이를 통해 알아보기 쉽도록 구현하였다.
더 이상 사용되지 않는 메모리가 계속해서 유지되는 것을 메모리 누수라고 한다. 메모리 누수가 발생하면 메모리 낭비가 누적되기 때문에 시스템의 성능이 저하되고 궁극적으로 시스템 크래시(crash)가 발생 할 수 있다. 본 논문에서는 이러한 메모리 누수를 검출하기 위하여 참조 계수 기법을 이용한다. 참조계수 기법을 이용하면 메모리 누수의 발생 여부뿐만 아니라 메모리 누수 발생시점에 대한 정보까지 제공할 수 있어 디버깅이 용이해진다. 그리고 본 논문에서 제안한 기법을 구현한 도구를 이용하여 사례연구를 수행한다. 사례 연구 분석을 통하여 본 연구에서 제안한 기법이 정확하게 메모리 누수를 검출하고 디버깅에 유용한 정보를 제공할 수 있다는 것을 보인다.
본 논문에서는 파이썬 코딩 플랫폼에서의 LLM(Large Language Models)을 로직 및 문법 에러 확인, 디버깅 도구로 활용할 수 있는 시스템을 제안한다. 이 시스템은 사용자가 코딩 플랫폼에서 작성한 파이썬 코드와 함께 발생한 에러 문구 및 프롬프트를 LLM 모델에 입력함으로써 로직(문법) 에러를 식별하고 디버깅에 활용할 수 있다. 특히, 입문자를 고려해 프롬프트를 제한하여 사용의 편의성을 높인다. 이를 통해 파이썬 코딩 교육에서 입문자들의 학습 과정을 원활하게 진행할 수 있으며, 파이썬 코딩에 대한 진입 장벽을 낮출 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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