分布式實時系統(tǒng)的軟件故障注入及可靠性評測方法研究.pdf

1、一些高可靠性領域，計算機系統(tǒng)的應用越來越廣泛，如航空航天、核工業(yè)、交通控制、銀行和醫(yī)療等。在這些領域中，計算機系統(tǒng)的失效可能造成巨大的人員傷亡和經濟損失。但如何在系統(tǒng)應用之前對這些容錯機制的有效性、可用性進行評估和驗證，檢驗它們是否和預期的情況相一致，這就需要有效的理論和機制應對容錯性的評估和提高。計算機系統(tǒng)的可靠性驗證是一個復雜艱巨的任務，一般使用理論建模方法，但由于故障激活機制和錯誤傳播過程非常復雜，在大多數(shù)情況下都是不完全可知的，

2、所以很難對實際系統(tǒng)進行建模。故障注入是通過人為地產生并引入故障到目標系統(tǒng)中加速系統(tǒng)產生錯誤和失效，然后通過分析故障引入后的系統(tǒng)行為反應，可獲得對目標系統(tǒng)可靠性和容錯性的評測結果。與其它方法相比，故障注入具有應用范圍廣、結果精確度高、時間花費少等優(yōu)點，已引起眾多學者和研究人員的重視。
　　 目前，關鍵行業(yè)領域大量采用分布式系統(tǒng)或分布式實時系統(tǒng)，對其可靠性評估與度量難度大、要求高，對系統(tǒng)整體的可信監(jiān)控難度大，本文針對這種狀況，深入研

3、究故障注入技術，探索針對分布式實時系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)的故障注入方法，研究多種類型的系統(tǒng)故障并對相關的故障模型進行了分析，建立相應的故障注入系統(tǒng)結構?？紤]到網絡環(huán)境也是對分布式實時系統(tǒng)可信性構成影響的重要因素，故對網絡故障檢測與診斷進行深入研究。研究軟件可靠性模型與評測的理論與技術，探索分布式實時系統(tǒng)的可靠性測評方法。具體研究工作如下：
　　 ①研究軟件可信性的特征和內涵，特別是軟件可靠性、故障注入之間的區(qū)別和內涵聯(lián)系，缺陷、錯誤、失

4、效三者之間的轉化關系，以及分布式實時系統(tǒng)的特點和系統(tǒng)結構；為進一步面向軟件可靠性增強技術——軟件實現(xiàn)的故障注入技術、以及模塊與系統(tǒng)級的可靠性模型建立與評測技術的深入研究提供背景知識。
　　 ②討論研究分布式實時系統(tǒng)的故障模型，針對分布式實時系統(tǒng)的可信驗證的難題，分析分布式實時系統(tǒng)的故障注入特點，建立故障注入的故障分類模型。在此基礎上總結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現(xiàn)方法和框架，提出一種建

5、立在分布式實時系統(tǒng)環(huán)境中的軟件故障注入系統(tǒng)結構，分為三個層次：目標系統(tǒng)、通信網絡、軟件故障注入系統(tǒng)。并設計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現(xiàn)機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)理論的網絡故障檢測與診斷，探索基于證據(jù)理論的故障檢測與診斷方法對于提高故障診斷的準確性有效性程度。分析并構建一種網絡可靠性

6、分級指標模型。
　　 ⑤針對目前軟件可靠性模型的效率和準確性等方面局限，以及分布式實時系統(tǒng)實時執(zhí)行的特點，建立更能反映分布式實時系統(tǒng)特征的可靠性模型，總結可靠性設計的基本原則和方法，提出關鍵鏈路的確定方法、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。提出一種基于時間限制的可靠性評估方法，給出了程序相關的FST相關算法和響應時間的評估精簡算法，達到降低系統(tǒng)的時間開銷；提出分布式實時系統(tǒng)的可靠性評測方法，分析推