可视化多线程 C++ 应用程序调用图、多线程代码覆盖率的工具？

Question

我想知道有没有工具可以

• 帮助可视化大型多线程应用程序的调用图。
• 具体来说，我想看看多个线程如何在一个内核上交错/如何在多个内核上同时执行。
• 该工具可以理想地识别可能的等待/死锁/竞争条件。

• 最终我想根据线程在运行时如何相互交互来进行代码覆盖（多线程代码覆盖工具），以便发现潜在的多线程错误。

  如果我没有清楚地解释我的问题，我深表歉意，我很乐意提供任何细节。

Answer 1

英特尔的VTune Profiler 可以满足您的要求。来自 VTune 网站：

锁定和等待：使用英特尔® 性能分析工具可以快速找到并行程序性能下降的常见原因：锁定等待时间过长，而等待期间内核未充分利用。

时间线可视化线程行为：查看线程何时运行和等待，以及何时发生转换。

如果您正在寻找开源/免费的东西，那么Valgrind 有一个名为 Helgrind 的实验性工具，据说可以在多线程程序中找到竞争。我无法评论它，我没有使用它。

我应该注意到，我没有成功地利用这些或其他分析器进行多线程调试和优化，而是开发了自己的技术。

为了识别锁争用，我首选的技术是使用扩展的 Mutex 类，该类记录在每个实例上完成的所有操作。我以非常轻量级的方式执行此操作，因此应用程序性能不会发生太大变化。

为了识别竞争条件，我发现蛮力方法是最好的。我只是设计了一个可以长时间运行的测试，有时是几小时或几天，具体取决于具体情况。而且我总是在至少两个不同的平台上运行我的测试（如果可以的话，更多），因为不同的操作系统使用不同的调度程序，这样可以提供更好的覆盖范围。

Answer 2

虽然我无法（但！）解决您的大多数问题，但我认为我们的 C++ Test Coverage 工具可以很容易地为您提供多线程测试覆盖率数据。

此工具可检测您的源代码；你编译并运行它。你最终得到（便宜） 代表各种块的代码中的检测探针。仪器仪表 记录程序的哪些部分执行，名义上作为一个位向量 每个仪器探头位。在执行结束时（或任何时候），这 位向量被转储出来，查看器会将其叠加在代码上显示给您。

获得多线程测试覆盖率的诀窍是知道我们为您提供完整的 控制定义仪器探头的工作方式；它们是宏。所以而不是 使用本质上的默认宏

  probe[n]=true;

在布尔数组上，您可以改为实现

  probe[n]|=1<<threadid;

在一个 int 数组上（或者通过预先计算这个值来巧妙地降低成本）。 这可能只需要几行代码即可实现。

人们可能会注意到这在技术上存在同步问题。 确实是这样，但顶多输一点 覆盖数据，并且反对它的几率非常高。大多数人 对“相当不错”的数据而不是完美的数据感到满意。如果你坚持 完美的话，你会付出高昂的同步代价 原子更新指令。

我们还为您提供对探针转储逻辑的控制；你可以修改它写出来 线程特定的覆盖数据（在自定义代码范围内的数十行）。 然后，测试覆盖率数据查看器将让您查看特定于线程的覆盖率 （只需选择正确的覆盖向量）；它还具有内置设施 轻松计算/显示交叉点/联合/差异 在覆盖向量上，它可以准确地为您提供每线程覆盖的关系。

Answer 3

Concurrency Visualizer（Visual Studio 的免费插件）是非常好的并行线程可视化工具。包括可视化互斥锁、抢占和调用堆栈。 https://msdn.microsoft.com/en-us/library/dd537632.aspx