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非固定周期多状态检测的软件再生策略建模与优化研究

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非固定周期多状态检测的软件再生策略建模与优化研究

作者：张军重庆邮电大学

学位级别：硕士

软件老化效应的存在会极大影响软件运行效率,甚至造成系统崩溃进而可能导致灾难性的后果。为了减少老化效应的影响,软件再生作为一种预防式的维护技术应运而生。但由于软件再生行为本身存在系统开销,因此不能频繁地执行再生计划。在尽... 详细信息

软件老化效应的存在会极大影响软件运行效率,甚至造成系统崩溃进而可能导致灾难性的后果。为了减少老化效应的影响,软件再生作为一种预防式的维护技术应运而生。但由于软件再生行为本身存在系统开销,因此不能频繁地执行再生计划。在尽量避免系统失效的前提下,适时触发软件再生以最小化系统维护成本是一个重要的优化问题。传统基于检测的再生策略研究中,检测周期往往是固定的,即采用相等间隔时间对系统退化状态进行检测,进而评估决定是否需要进行软件再生。固定周期检测机制往往不能根据系统衰退规律进行“按需检测”,可能在系统平稳运行阶段存在不必要的检测行为,而检测也需要花费一定系统成本。此外,优化模型中与检测周期相关的约束在整个系统运行期间保持不变,约束均为单状态检测约束,即约束无法根据运行状态动态调整以进一步降低维护成本。针对以上问题,本文在现有研究的基础上提出了软件再生领域中一种多状态检测约束的非固定周期检测策略及其优化方法,并对所采用的优化算法进行了改进,具体贡献如下:1.提出了软件再生领域内一种多状态非固定周期检测策略。该检测策略将整个系统状态划分为若干个子状态区间,可以在不同的子状态区间内独立优化检测目标可靠性这一与检测周期相关的决策变量。检测目标可靠性等同于下次检测计划执行时系统不会进入失效状态的概率值,因为其可以根据系统状态动态变化,该机制可进一步优化再生时机并降低软件系统的维护成本。2.为了评估和优化所提出的多状态非固定周期检测策略,建立了一种基于马尔科夫再生过程分析方法的维护成本分析与优化模型。以最小化单位时间内的系统总维护成本为目标,基于非固定检测策略的马尔科夫半更新过程特性,建立了多状态检测目标可靠性约束下的离散化的维护成本评估优化模型,最终得到最优检测周期。通过与传统固定检测周期及现有单状态非固定检测周期的相关维护方法展开实验对比,证明了所提出的方法对于降低系统维护成本的有效性。3.由于优化模型中精确解析解难以求得,故只能采用搜索算法。为了加快搜索算法求解优化模型的速度,提出了一种基于融合遗传算子改进的优化模型求解算法。首先,采用了锦标赛选择与精英保留策略结合的双选择算子,以避免优秀个体因为随机性没有被选中或者优秀基因因为交叉和变异等操作遭到破坏。其次,当遗传算法在迭代过程中收敛速度较慢时使用梯度下降算法进行局部搜索以加快收敛速度。通过与改进前的遗传算法收敛结果对比,以表明所改进方法能够加快收敛速度。

关键词：非固定周期检测可靠性优化软件再生马尔科夫再生过程遗传算法

基于非马尔可夫随机Petri网的软件再生建模与分析

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计算机学报 2007年第12期30卷 2212-2217页

作者：孟海宁齐勇侯迪西安交通大学电子与信息工程学院西安710049

软件老化是影响软件系统可靠性的重要潜在因素,软件再生作为一种主动预防性的软件容错技术是解决软件老化问题的主要手段.以往的随机Petri网再生模型假定所有变迁的实施时间服从指数分布.针对变迁的实施时间服从确定性分布或一般性分布... 详细信息

软件老化是影响软件系统可靠性的重要潜在因素,软件再生作为一种主动预防性的软件容错技术是解决软件老化问题的主要手段.以往的随机Petri网再生模型假定所有变迁的实施时间服从指数分布.针对变迁的实施时间服从确定性分布或一般性分布的情况,文中提出了一种用非马尔可夫随机Petri网建立软件再生模型的方法.该方法采用马尔可夫再生理论对模型进行分析,并给出模型的瞬态解和稳态解.仿真实验表明:选择合适的软件再生周期,可以有效地降低存在老化的软件系统的平均宕机成本,提高系统的可用性和可靠性.

关键词：软件老化软件再生软件可靠性非马尔可夫随机Petri网马尔可夫再生理论

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软件老化过程建模、预测及软件再生策略研究

北京理工大学学报 2007年第7期27卷 625-629页

作者：闫雪梅王晓华崔欣欣赵剑峰北京理工大学信息科学技术学院电子工程系北京100081

研究基于Linux网络服务器的软件老化过程建模、预测及软件再生策略问题.通过引入动量项及模拟退火算法的人工神经网络(BP)改进算法,对软件老化过程进行建模和预测.克服了BP算法收敛速度慢,易陷入局部极小值的缺陷,并提出将基于阈值的软... 详细信息

研究基于Linux网络服务器的软件老化过程建模、预测及软件再生策略问题.通过引入动量项及模拟退火算法的人工神经网络(BP)改进算法,对软件老化过程进行建模和预测.克服了BP算法收敛速度慢,易陷入局部极小值的缺陷,并提出将基于阈值的软件再生策略用于软件老化现象的主动性容错,提高软件系统的可靠性和可用性.仿真结果表明,该策略既降低了软件失效率,又减少了系统由于软件恢复而暂停服务的时间.

关键词：软件老化软件再生 BP神经网络模拟退火算法

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重配置与周期再生相结合的软件再生模型

西安交通大学学报 2010年第1期44卷 91-95页

作者：杜小智齐勇侯迪陈滢西安交通大学电子与信息工程学院西安710049 IBM中国研究院北京100094

针对持续运行软件系统中的老化问题,提出一种重配置与周期再生相结合的软件再生方法.采用连续时间马尔可夫链对两阶段衰退软件系统的工作模式进行建模,给出系统可用性和单位时间平均成本的形式化定义与分析,并以可用性和成本作为评价标... 详细信息

针对持续运行软件系统中的老化问题,提出一种重配置与周期再生相结合的软件再生方法.采用连续时间马尔可夫链对两阶段衰退软件系统的工作模式进行建模,给出系统可用性和单位时间平均成本的形式化定义与分析,并以可用性和成本作为评价标准计算相应的最佳再生周期,推导出了采用重配置的临界条件.仿真结果表明,随着重配置成功率的提高,系统的可用性增加,成本降低,当重配置成功率为1时,与纯周期再生方法相比,采用结合重配置的软件再生方法可使系统单位时间宕机成本降低48.9%.

关键词：软件再生重配置软件老化

基于系统性能周期检测的应用服务器软件再生建模与分析

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南京大学学报（自然科学版） 2010年第4期46卷 440-447页

作者：孟海宁齐勇侯迪刘亮西安理工大学计算机科学与工程学院西安710048 西安交通大学电子与信息工程学院西安710049 IBM中国研究中心北京100094

软件再生作为一种主动预防性的软件容错技术是解决软件老化问题的主要手段.针对应用服务器系统中存在的软件老化现象,提出一种基于系统性能周期检测的软件再生模型.首先分析应用服务器系统的运行状态和行为特征,给出应用服务器系统单位... 详细信息

软件再生作为一种主动预防性的软件容错技术是解决软件老化问题的主要手段.针对应用服务器系统中存在的软件老化现象,提出一种基于系统性能周期检测的软件再生模型.首先分析应用服务器系统的运行状态和行为特征,给出应用服务器系统单位时间内损失的平均总成本和不可用性的估算公式,并根据最小化单位时间内平均总成本得到两个重要的系统参量:最优的系统检测周期和软件再生周期;然后分析推导单位时间内平均总成本和系统检测周期的边界条件.最后通过仿真实验表明:合理的选择系统检测周期,有计划地对应用服务器系统执行软件再生,可以有效的降低应用服务器系统损失的平均总成本,同时提高系统的可用性和可靠性;并且验证了本文提出的基于周期检测的再生模型,比一般周期再生模型更加提高系统可用性.

关键词：应用服务器软件可靠性软件老化软件再生周期检测

基于软件再生理论的分布式自适应性能监控系统设计

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计算机应用 2010年第6期30卷 1642-1644,1654页

作者：游静徐康宁王洪元杨亚南高晋树江苏工业学院信息科学与工程学院江苏常州213164

软件再生理论认为,计算系统运行过程中的系统资源损耗是影响系统性能的主要因素。设计一个性能监控系统,通过采集和分析资源使用情况,适时释放被损耗的资源可以有效保证系统的持续高性能。监控系统采用C/S模式以减轻监控端的负载,保证... 详细信息

软件再生理论认为,计算系统运行过程中的系统资源损耗是影响系统性能的主要因素。设计一个性能监控系统,通过采集和分析资源使用情况,适时释放被损耗的资源可以有效保证系统的持续高性能。监控系统采用C/S模式以减轻监控端的负载,保证监控端的轻量级,同时实现对监控端的异步监控;基于自组织映射网络对数据的分析,实现对监控端监控参数的自适应调节;提供多种数学模型对系统性能变化进行分析和预测;设计了简单有效的决策方法支持系统的重启控制;最后通过实验证明自适应采集策略有效减少了数据采集和传输量,保证了监控端的轻量级、低负载,尽可能地降低了监控系统本身对被监控系统的影响。

关键词：性能监控系统软件再生自组织映射自适应分析分布式系统

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一种软件再生系统的模型分析

数学的实践与认识 2011年第20期41卷 84-91页

作者：高清华北京城市学院电子与信息工程学部北京100083 北京理工大学计算机科学与技术学院北京100081 北京理工大学软件安全工程技术北京市重点实验室北京100081

对用补充变量的方法建立的软件再生系统各状态之间转移概率服从一般分布的数学模型,用Matlab软件进行仿真实验,从而证明该模型的可靠性.

关键词：软件再生模型建立渐进稳定可靠性

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基于Xen的软件再生方法研究与实现

科技信息 2012年第27期 11-12页

作者：苏莉金玲玲张广路海南师范大学数学与统计学院海南海口571158

实现服务器虚拟化的虚拟机系统在长期的运行过程中会出现性能衰退、服务质量下降等"老化"现象。为了避免虚拟机系统软件老化造成的不必要的损失,本文使用软件再生方法来解决这一老化问题,提出了一种改进的虚拟机再生框架,分析了三种对... 详细信息

实现服务器虚拟化的虚拟机系统在长期的运行过程中会出现性能衰退、服务质量下降等"老化"现象。为了避免虚拟机系统软件老化造成的不必要的损失,本文使用软件再生方法来解决这一老化问题,提出了一种改进的虚拟机再生框架,分析了三种对虚拟机监视器进行再生的方法。并在此基础上采用Cold-VM方法和Migrate-VM方法对虚拟机监视器进行了再生实验。实验结果表明,Cold-VM方法对当前系统服务的中断时间较长,而Migrate-VM方法可以有效的降低当前系统服务的中断时间,提高系统的可用性。

关键词：软件老化软件再生迁移虚拟化

一种基于软件再生的无线传感器网络簇头节点管理策略

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世界科技研究与发展 2011年第2期33卷 262-264页

作者：仲元昌胡江坤郭开林赵贞贞重庆大学通信工程学院/通信与测控中心重庆400044

本文构建了一种软件再生模型,采用主动再生与自我修复方法,研究WSN中簇头的有用性与生存性。实验表明:该方法能有效提高簇头的有用性和生存性。

关键词： WSN 软件再生可用性生存性