Debugging Embedded Multimedia Application Execution Traces through Periodic Pattern Mining

par Patricia Lopez Cueva

Thèse de doctorat en Informatique

Soutenue le 08-07-2013

à Grenoble , dans le cadre de École doctorale mathématiques, sciences et technologies de l'information, informatique (Grenoble) , en partenariat avec Laboratoire d'Informatique de Grenoble (laboratoire) .

Le président du jury était Frédéric Pétrot.

Le jury était composé de Miguel Santana, Takashi Washio, Jean-François Boulicaut.

Les rapporteurs étaient Arimura Hiroki, Gilles Sassatelli.

  • Titre traduit

    Débogage des traces d’exécution des applications multimédia embarquées en utilisant la recherche de motifs périodiques


  • Résumé

    La conception des systèmes multimédia embarqués présente de nombreux défis comme la croissante complexité du logiciel et du matériel sous-jacent, ou les pressions liées aux délais de mise en marche. L'optimisation du processus de débogage et validation du logiciel peut aider à réduire sensiblement le temps de développement. Parmi les outils de débogage de systèmes embarqués, un puissant outil largement utilise est l'analyse de traces d'exécution. Cependant, l'évolution des techniques de traçage dans les systèmes embarqués se traduit par des traces d'exécution avec une grande quantité d'information, à tel point que leur analyse manuelle devient ingérable. Dans ce cas, les techniques de recherche de motifs peuvent aider en trouvant des motifs intéressants dans de grandes quantités d'information. Concrètement, dans cette thèse, nous nous intéressons à la découverte de comportements périodiques sur des applications multimédia. Donc, les contributions de cette thèse concernent l'analyse des traces d'exécution d'applications multimédia en utilisant des techniques de recherche de motifs périodiques fréquents. Concernant la recherche de motifs périodiques, nous proposons une définition de motif périodique adaptée aux caractéristiques de la programmation parallèle. Nous proposons ensuite une représentation condensée de l'ensemble de motifs périodiques fréquents, appelée Core Periodic Concepts (CPC), en adoptant une approche basée sur les relations triadiques. De plus, nous définissons quelques propriétés de connexion entre ces motifs, ce qui nous permet de mettre en oeuvre un algorithme efficace de recherche de CPC, appelé PerMiner. Pour montrer l'efficacité et le passage à l'échelle de PerMiner, nous réalisons une analyse rigoureuse qui montre que PerMiner est au moins deux ordres de grandeur plus rapide que l'état de l'art. En plus, nous réalisons un analyse de l'efficacité de PerMiner sur une trace d'exécution d'une application multimédia réelle en présentant l'accélération accompli par la version parallèle de l'algorithme. Concernant les systèmes embarqués, nous proposons un premier pas vers une méthodologie qui explique comment utiliser notre approche dans l'analyse de traces d'exécution d'applications multimédia. Avant d'appliquer la recherche de motifs fréquents, les traces d'exécution doivent être traitées, et pour cela nous proposons plusieurs techniques de pré-traitement des traces. En plus, pour le post-traitement des motifs périodiques, nous proposons deux outils : un outil qui trouve des pairs de motifs en compétition ; et un outil de visualisation de CPC, appelé CPCViewer. Finalement, nous montrons que notre approche peut aider dans le débogage des applications multimédia à travers deux études de cas sur des traces d'exécution d'applications multimédia réelles.


  • Résumé

    Increasing complexity in both the software and the underlying hardware, and ever tighter time-to-market pressures are some of the key challenges faced when designing multimedia embedded systems. Optimizing software debugging and validation phases can help to reduce development time significantly. A powerful tool used extensively when debugging embedded systems is the analysis of execution traces. However, evolution in embedded system tracing techniques leads to execution traces with a huge amount of information, making manual trace analysis unmanageable. In such situations, pattern mining techniques can help by automatically discovering interesting patterns in large amounts of data. Concretely, in this thesis, we are interested in discovering periodic behaviors in multimedia applications. Therefore, the contributions of this thesis are focused on the definition of periodic pattern mining techniques for the analysis of multimedia applications execution traces. Regarding periodic pattern mining contributions, we propose a definition of periodic pattern adapted to the characteristics of concurrent software. We then propose a condensed representation of the set of frequent periodic patterns, called core periodic concepts (CPC), by adopting an approach originated in triadic concept approach. Moreover, we define certain connectivity properties of these patterns that allow us to implement an efficient CPC mining algorithm, called PerMiner. Then, we perform a thorough analysis to show the efficiency and scalability of PerMiner algorithm. We show that PerMiner algorithm is at least two orders of magnitude faster than the state of the art. Moreover, we evaluate the efficiency of PerMiner algorithm over a real multimedia application trace and also present the speedup achieved by a parallel version of the algorithm. Then, regarding embedded systems contributions, we propose a first step towards a methodology which aims at giving the first guidelines of how to use our approach in the analysis of multimedia applications execution traces. Besides, we propose several ways of preprocessing execution traces and a competitors finder tool to postprocess the mining results. Moreover, we present a CPC visualization tool, called CPCViewer, that facilitates the analysis of a set of CPCs. Finally, we show that our approach can help in debugging multimedia applications through the study of two use cases over real multimedia application execution traces.


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