分布式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的軟件故障注入及可靠性評(píng)測方法研究.pdf

1、一些高可靠性領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，如航空航天、核工業(yè)、交通控制、銀行和醫(yī)療等。在這些領(lǐng)域中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的失效可能造成巨大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。但如何在系統(tǒng)應(yīng)用之前對(duì)這些容錯(cuò)機(jī)制的有效性、可用性進(jìn)行評(píng)估和驗(yàn)證，檢驗(yàn)它們是否和預(yù)期的情況相一致，這就需要有效的理論和機(jī)制應(yīng)對(duì)容錯(cuò)性的評(píng)估和提高。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可靠性驗(yàn)證是一個(gè)復(fù)雜艱巨的任務(wù)，一般使用理論建模方法，但由于故障激活機(jī)制和錯(cuò)誤傳播過程非常復(fù)雜，在大多數(shù)情況下都是不完全可知的，

2、所以很難對(duì)實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行建模。故障注入是通過人為地產(chǎn)生并引入故障到目標(biāo)系統(tǒng)中加速系統(tǒng)產(chǎn)生錯(cuò)誤和失效，然后通過分析故障引入后的系統(tǒng)行為反應(yīng)，可獲得對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)可靠性和容錯(cuò)性的評(píng)測結(jié)果。與其它方法相比，故障注入具有應(yīng)用范圍廣、結(jié)果精確度高、時(shí)間花費(fèi)少等優(yōu)點(diǎn)，已引起眾多學(xué)者和研究人員的重視。
　　 目前，關(guān)鍵行業(yè)領(lǐng)域大量采用分布式系統(tǒng)或分布式實(shí)時(shí)系統(tǒng)，對(duì)其可靠性評(píng)估與度量難度大、要求高，對(duì)系統(tǒng)整體的可信監(jiān)控難度大，本文針對(duì)這種狀況，深入研

3、究故障注入技術(shù)，探索針對(duì)分布式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)的故障注入方法，研究多種類型的系統(tǒng)故障并對(duì)相關(guān)的故障模型進(jìn)行了分析，建立相應(yīng)的故障注入系統(tǒng)結(jié)構(gòu)?？紤]到網(wǎng)絡(luò)環(huán)境也是對(duì)分布式實(shí)時(shí)系統(tǒng)可信性構(gòu)成影響的重要因素，故對(duì)網(wǎng)絡(luò)故障檢測與診斷進(jìn)行深入研究。研究軟件可靠性模型與評(píng)測的理論與技術(shù)，探索分布式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的可靠性測評(píng)方法。具體研究工作如下：
　　 ①研究軟件可信性的特征和內(nèi)涵，特別是軟件可靠性、故障注入之間的區(qū)別和內(nèi)涵聯(lián)系，缺陷、錯(cuò)誤、失

4、效三者之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，以及分布式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的特點(diǎn)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；為進(jìn)一步面向軟件可靠性增強(qiáng)技術(shù)——軟件實(shí)現(xiàn)的故障注入技術(shù)、以及模塊與系統(tǒng)級(jí)的可靠性模型建立與評(píng)測技術(shù)的深入研究提供背景知識(shí)。
　　 ②討論研究分布式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的故障模型，針對(duì)分布式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的可信驗(yàn)證的難題，分析分布式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的故障注入特點(diǎn)，建立故障注入的故障分類模型。在此基礎(chǔ)上總結(jié)出故障模型的故障處理與傳播方式。
　　 ③研究并分析故障注入實(shí)現(xiàn)方法和框架，提出一種建

5、立在分布式實(shí)時(shí)系統(tǒng)環(huán)境中的軟件故障注入系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，分為三個(gè)層次：目標(biāo)系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)、軟件故障注入系統(tǒng)。并設(shè)計(jì)出軟件故障注入系統(tǒng)，其包含軟件故障注入器、數(shù)據(jù)收集模塊和故障數(shù)據(jù)分析模塊。深入研究軟件故障注入的底層原理和高層實(shí)現(xiàn)機(jī)制并提出故障注入執(zhí)行算法。
　　 ④研究并分析證據(jù)理論的基本概念和推理模型，提出基于證據(jù)理論的網(wǎng)絡(luò)故障檢測與診斷，探索基于證據(jù)理論的故障檢測與診斷方法對(duì)于提高故障診斷的準(zhǔn)確性有效性程度。分析并構(gòu)建一種網(wǎng)絡(luò)可靠性

6、分級(jí)指標(biāo)模型。
　　 ⑤針對(duì)目前軟件可靠性模型的效率和準(zhǔn)確性等方面局限，以及分布式實(shí)時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)執(zhí)行的特點(diǎn)，建立更能反映分布式實(shí)時(shí)系統(tǒng)特征的可靠性模型，總結(jié)可靠性設(shè)計(jì)的基本原則和方法，提出關(guān)鍵鏈路的確定方法、在不同條件下確定系統(tǒng)的可靠性方法以及最可靠的通訊路徑集的確定方法。提出一種基于時(shí)間限制的可靠性評(píng)估方法，給出了程序相關(guān)的FST相關(guān)算法和響應(yīng)時(shí)間的評(píng)估精簡算法，達(dá)到降低系統(tǒng)的時(shí)間開銷；提出分布式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的可靠性評(píng)測方法，分析推