임베디드 시스템이 복잡해질수록, 성능 병목을 파악할 수 있는 성능 분석도구가 요구되고 있다. 현존하는 리눅스 기반의 소프트웨어 성능 분석 도구는 전체 시스템 관점에서 소프트웨어 계층에 따라 응용 소프트웨어의 실행 흐름을 파악하기에는 한계가 있다. 본 논문에서는 모든 소프트웨어 계층에서의 실행 흐름을 일관적으로 파악할 수 있는 문맥 분석 기법을 제안한다. 이 도구를 통해서 사용자 영역의 사용자 정의 함수와 라이브러리 함수, 커널 영역에서의 시스템 호출과 커널 이벤트에 대한 호출자와 피호출자에 대한 관계를 모두 파악할 수 있다.
본 논문에서는 리눅스 커널 모듈을 대상으로 다목적으로 사용할 수 있는 폴트 주입 시스템을 제안한다. 제안된 폴트 주입 시스템은 사용자가 지정한 커널 모듈을 대상으로 다양한 유형의 폴트를 사용자가 지정한 방식으로 발생시킬 수 있다. 또한 일단 커널 모듈에 폴트가 주입된 후에는 시스템의 동작 과정에서 주입된 폴트가 잘 드러날 수 있도록 하는 워크로드를 생성하는 기능도 함께 제공한다. 일련의 시험을 통해 제안된 폴트 주입 시스템이 효과적으로 동작함을 확인했다. 제안된 폴트 주입기는 커널 모듈 개발 및 테스트, 커널 동작에 대한 분석 연구, 디바이스 드라이버 등에 대한 폴트 격리 및 복구 시스템 연구 등에서 유용한 도구로 활용될 수 있을 것이다.
사용자 경험이 중요한 스마트폰에서는 사용자의 입력에 대한 응용 프로그램의 반응 시간에 대한 분석이 필요하며 특히 사용자 반응 시간에 큰 영향을 주는 스토리지 I/O 성능의 분석은 사용자 경험최적화를 위한 중요한 요건이다. 사용자가 경험하는 반응 시간의 분석을 위해서는 입력을 받아들이는 최상위 계층에서 최하위 저장장치 계층을 수직적으로 아우르는 통합된 분석도구가 필요한데 기존의 도구들은 제한된 범위의 계층들에 맞추어 있어서 효과적인 사용자 경험 분석이 어려운 상황이다. 본 논문에서는 안드로이드 스마트폰을 대상으로 최상위 안드로이드 플랫폼, 리눅스 커널을 포함하는 전체 스토리지 I/O 계층의 I/O 동작을 측정하고, 이를 바탕으로 계층 통합적 분석을 통하여 각 계층간 I/O 동작을 연결하여 사용자 입력에 따른 스토리지 I/O가 미치는 영향의 분석이 가능한 도구인 AIOPro를 소개한다. 검증 실험을 통하여 AIOPro가 0.1% 미만의 동작부하로 정확히 분석할 수 있음을 확인하였다.
최근 임베디드 시스템은 운영체제를 포함하는 복잡한 소프트웨어 계층 구조를 가지는 형태로 발전하고 있다. 이러한 소프트웨어의 성능을 분석하기 위해서는, 한 소프트웨어 계층에서의 성능 뿐 아니라 전체 소프트웨어 계층 구조를 모두 고려해야 한다. 본 논문에서는 리눅스 기반 임베디드 시스템의 모든 소프트웨어 계층 구조를 고려할 수 있는 성능 분석 도구를 설계하고 구현한 결과를 보인다. 제안하는 기법은 응용 프로그램이나 라이브러리에 대한 재컴파일 없이 모든 소프트웨어 계층의 성능 분석에 필요한 측정 정보를 수집한다. 이 기법을 통해 리눅스 기반 임베디드 시스템에서 응용 프로그램의 실행에 따라 발생하는 사용자 정의 함수, 미들웨어 라이브러리 함수, 커널의 시스템 호출, 커널 이벤트에 대한 다양한 성능 분석을 수행할 수 있다. 실험을 통해 본 연구를 통해 구현된 분석도구를 사용하여 실제 실행 경로 분석, 각 소프트웨어 계층의 함수나 이벤트의 소요시간 분석, 그리고 소프트웨어 계층간 실행 흐름 분석 결과를 확인할 수 있으며, 이를 통해 전체 소프트웨어 계층상의 성능 병목을 찾을 수 있음을 보인다.
본 논문에서는 Ingo Molnar 의 realtime-preempt 패치가 적용된 리눅스를 활용한 실시간 시스템에서 다른 프로세스와 동시에 수행하지 않고도 다른 프로세스에 의한 실시간 프로세스의 최악 응답시간의 변화를 예측할 수 있도록 최악 응답 시간에 영향을 주는 커널 모드에서 선점 금지 시간을 프로세스 별로 분석을 하기 위한 도구를 커널 모듈로 구현하여 실시간 프로세스의 최악 응답 시간을 예측할 수 있음을 보였다.
현대 사회에서 임베디드 시스템은 휴대 가능한 작은 기기에서부터 로봇 및 공정 제어분야에까지 다양한 분야에 적용되어 있으며, 선박 야외 작업장이나 선박 내에서도 임베디드 시스템이 사용되고 있다. 선박 내 네트워크로 연결되어 있는 장비 및 임베디드 시스템들은 다양한 형태의 데이터를 발생시켜 다른 기기와의 정보를 상호 교환함으로써 원활한 운행을 할 수 있게 한다. 본 논문에서는 선박 내 임베디드 시스템에 임베디드 리눅스 커널 기반 추적 도구인 ETTplus 를 접합시켜 각 장치에 대한 분석 및 모니터링과 임베디드 시스템 간의 통신에서 발생되는 각 종 네트워크 관련 정보들을 분석할 수 있는 기능을 추가하여 설계하였다.
베이스보드 매니지먼트 컨트롤러(BMC, Baseboard Management Controller)는 다양한 통신 인터페이스를 사용하여 서버 모니터링, 유지보수, 제어 기능을 지원한다. 그러나, 디바이스 드라이버 초기화 과정에서 예기치 못한 문제가 발생할 경우 BMC가 정상적으로 동작하지 않을 수 있기 때문에 디바이스 드라이버 초기화 과정을 정확하게 분석하고, 분석 결과를 확인할 수 있는 기능을 제공하는 부팅 과정 프로파일링 도구는 필수적이다. 기존 부팅 과정 프로파일링 도구들은 BMC 부팅 과정 분석에 필요한 디바이스 드라이버 초기화 과정과 결과를 구체적으로 제공하지 않아 개발자가 필요에 따라 여러 도구를 조합하여 사용해야 하는 불편함이 있다. 본 논문에서는 BMC의 부팅 과정 프로파일링 도구를 제안한다. 제안하는 도구는 디바이스 드라이버 초기화 과정분석, CPU 및 메모리 사용률 분석, 커널 버전 관리 기능을 제공한다. 제안하는 도구를 사용하여 부팅 과정을 쉽게 분석할 수 있으며, 분석 결과는 부팅 시간 단축에 사용될 수 있다. 또한 제안한 도구를 Linux 기반의 BMC에 구현하고, 제안한 도구가 기존 프로파일링 도구에 비해 효율적임을 보인다.
임베디드 운영체제에서의 실시간성 지원은 현대 임베디드 시스템에서 추가사항이 아니라 필수사항이다. 이러한 임베디드 운영체제가 사용되는 시스템의 실시간성 지원을 충족하기 위해서는 시스템 내 실시간성이 요구되는 태스크들의 스케줄링 가능성 여부가 중요하며, 이를 시스템 수행 전 검증해야 할 필요가 있다. 스케줄링 가능성 분석에서 핵심적인 부분 중의 하나는 태스크의 최악실행시간을 구하는 것이다. 기존의 최악실행시간 분석도구들은 일반적인 응용 태스크 즉, 응용 프로그램의 최악실행시간을 위주로 분석하였기 때문에 응용 프로그램들이 운영체제에 의해 스케줄링시 영향을 받는 운영체제의 스케줄링 관련 프리미티브들(스케줄러, 인터럽트 서비스 루틴등)에 대한 고려는 전혀 하지 않고 있다. 본 논문에서는 임베디드 운영체제 중에 널리 사용하고 있는 임베디드 리눅스가 사용되는 임베디드 시스템에서의 스케줄링 관련 프리미티브들을 고려하는 최악실행시간 분석 도구를 설계하고 구현한다. 이 분석도구는 일반적인 응용 프로그램 뿐만 아니라 임베디드 리눅스 커널내의 스케줄링에 영향을 미치는 관련 프리미티브들의 최악실행시간을 분석하여 스케줄링 분석의 정확성을 더욱 더 높인다. 이 도구는 현재 임베디드 환경에서 통합개발환경으로 제작된 이클립스(Eclipse)의 플러그인 형태로 개발되어 어떠한 플랫폼에서도 동작 가능하고 사용자가 사용하기에 편리한 인터페이스 및 기능을 제공할 수 있도록 구현한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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