基于目標(biāo)的可高信自適應(yīng)容錯(cuò)軟件開發(fā)研究.pdf

1、隨著以Internet軟件為核心的信息系統(tǒng)的深入,基于Internet的分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及開放式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度、故障率和不安全因素,使得軟件系統(tǒng)變得日趨龐大和難以駕馭,缺陷和漏洞難以避免,其經(jīng)常發(fā)生各種故障和失效。所有這些因素都給軟件系統(tǒng)的可信性帶來了新的問題和挑戰(zhàn)。
　　軟件容錯(cuò)技術(shù)是保障軟件可信性的主要方法之一。但是傳統(tǒng)的容錯(cuò)技術(shù)存在著許多不足之處:實(shí)現(xiàn)成本高,往往需要多個(gè)冗余的實(shí)現(xiàn)版本;模塊化程度較差,難以清晰地

2、進(jìn)行建模和預(yù)測分析;靈活性不強(qiáng),難以適應(yīng)復(fù)雜多變的運(yùn)行時(shí)失效。近年來,高可信軟件系統(tǒng)方面的研究工作越來越多地與自適應(yīng)軟件系統(tǒng)(self-adaptivesoftwaresystem)聯(lián)系起來。與傳統(tǒng)的基于冗余和多樣性思想的軟件容錯(cuò)方法相比,自適應(yīng)軟件系統(tǒng)能夠通過對自身行為和結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)調(diào)整來適應(yīng)自身的缺陷和環(huán)境的變化,從運(yùn)行時(shí)控制的角度提高軟件系統(tǒng)的可信性。為我們提供了一種更加靈活和有效的軟件容錯(cuò)途徑。
　　本文在分析當(dāng)前自適應(yīng)軟件

3、研究領(lǐng)域的工作的基礎(chǔ)上,針對高可信自適應(yīng)軟件系統(tǒng)在現(xiàn)實(shí)開發(fā)中面臨的很多問題,論述了在可信軟件系統(tǒng)開發(fā)的整個(gè)生命周期中所涉及的相關(guān)理論和技術(shù),對指導(dǎo)高可信自適應(yīng)容錯(cuò)軟件系統(tǒng)開發(fā)的實(shí)踐活動(dòng)具有現(xiàn)實(shí)性的意義。本文將可信軟件系統(tǒng)研究領(lǐng)域中各個(gè)階段相互獨(dú)立分散的理論與技術(shù)進(jìn)行了統(tǒng)一,提出了一個(gè)更加系統(tǒng)、有效和實(shí)用的自適應(yīng)容錯(cuò)解決方案:從可信需求建模,到自適應(yīng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),再到系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)及運(yùn)行時(shí)監(jiān)控與診斷,將可信軟件系統(tǒng)開發(fā)過程中的各個(gè)階段所需的制

4、品的設(shè)計(jì)緊密聯(lián)系在一起,形成了一個(gè)全面而統(tǒng)一的技術(shù)體系。
　　為解決現(xiàn)有的面向目標(biāo)的需求建模方法在自適應(yīng)軟件系統(tǒng)的需求建模方面所表現(xiàn)出來的不足,以及為了支持軟件系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)監(jiān)控、診斷和容錯(cuò)決策的需要,本文首先對KAOS需求建模方法中的描述框架、目標(biāo)類型、目標(biāo)關(guān)系等方面進(jìn)行了擴(kuò)展。在此基礎(chǔ)上,提出了一個(gè)面向目標(biāo)的自適應(yīng)軟件系統(tǒng)的可信需求建模分析方法,較之于現(xiàn)有的自適應(yīng)軟件的需求建模方法,該方法細(xì)化了需求建模過程中的多個(gè)方面的建模工作

5、,增加了對自適應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施和自適應(yīng)場景等方面的需求建模的支持。
　　針對需求規(guī)約和軟件體系結(jié)構(gòu)模型之間的概念差距和相對獨(dú)立的演化所造成的從需求模型到體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換困難的問題,本文以可信目標(biāo)模型為基礎(chǔ),提出了一個(gè)系統(tǒng)化的推導(dǎo)自適應(yīng)體系結(jié)構(gòu)的方法。面向體系結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)化模型和行為模型兩個(gè)設(shè)計(jì)視圖,分別論述了在各種“目標(biāo)精化模式”下,如何從目標(biāo)模型推導(dǎo)出體系結(jié)構(gòu)模型。在此基礎(chǔ)上,提出了一個(gè)從目標(biāo)模型到體系結(jié)構(gòu)模型之間的追蹤元模型,以保證整

6、個(gè)推導(dǎo)過程的可追蹤性和一致性。
　　在現(xiàn)有的自適應(yīng)容錯(cuò)實(shí)現(xiàn)技術(shù)的基礎(chǔ)上,本文提出一種更加廣義的容錯(cuò)概念:1)在容錯(cuò)對象方面,除了軟件自身的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)缺陷外,將運(yùn)行環(huán)境的變化和失效以及系統(tǒng)多種非功能性目標(biāo)的沖突也納入到容錯(cuò)范圍中;2)在容錯(cuò)目標(biāo)方面,強(qiáng)調(diào)可生存性而非絕對的系統(tǒng)可靠性,以保障系統(tǒng)的關(guān)鍵服務(wù)為基本目標(biāo),在此基礎(chǔ)上通過各種容錯(cuò)手段實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體的優(yōu)化運(yùn)行。重點(diǎn)探討了如何以軟件體系結(jié)構(gòu)為中心來展開對運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測、分析、規(guī)