微重启技术及适毁性软件设计研究

微重启是一种新型的针对大型分布式应用软件系统的低损耗、快速恢复技术,本文详细介绍了微重启的技术原理和实施策略,并通过一个应用实例介绍了微重启技术的应用过程,其中重点描述了微重启树的优化过程。而适毁性软件设计思想的实质是使系统具有安全高效的“可微重启性”。本文分析并总结了满足适毁性的应用系统特性,根据微重启的技术特点给出了应用改进方向,最后对技术存在的问题和发展前景进行了总结。

支持自恢复的微重启技术研究

针对服务计算中的服务可靠性,展开了对当前各种保证服务可靠性方法的研究.借鉴当前保证服务可靠性方法中所采用的关键技术,并针对当前保证服务可靠性方法仅限于服务层面的不足,提出一种针对底层内核模块的可靠性技术—支持自恢复的微重启技术.同时,本文在嵌入式实时操作系统vxworks5.5版本中,针对内核中的调度部分实现了支持自恢复的微重启技术,并采用相关故障注入技术检验了该技术的有效性.

Minix3的微重启自愈体系架构研究

传统的自愈系统能够自主发现、诊断及排除错误,但是对用户存在影响并丢失组件间的状态一致性,不能够满足高可靠性和高可用性的要求.微重启是面向恢复计算ROC的重要软件恢复机制,以递归方式重启故障组件子集,并结合适毁性组件维护状态一致.针对具有自愈功能的Minix3操作系统,本文提出了基于微重启的自愈体系架构,并以适毁性驱动组件的实验证明,组件重启后可以继续执行未完成的任务,并且重启时间略有增长.

基于微重启和部分客观马尔可夫决策模型的智能水下机器人软件自修复方法

针对智能水下机器人(AUV)软件故障修复过程中存在的修复代价过高和系统环境只有部分可观察的问题,提出了一种基于微重启技术和部分客观马尔可夫决策(POMDP)模型的AUV软件故障修复方法。该方法结合AUV软件系统分层结构特点,构建了基于微重启的三层重启结构,便于细粒度的自修复微重启策略的实施;并依据部分可观马尔可夫决策过程理论,给出AUV软件自修复POMDP模型,同时采用基于点的值迭代(PBVI)算法求解生成修复策略,以最小化累积修复代价为目标,使系统在部分可观环境下能够以较低的修复代价执行修复动作。仿真实验结果表明,基于微重启技术和POMDP模型的AUV软件故障修复方法能够解决由软件老化及系统调用引起的AUV软件故障,同与两层微重启策略和三层微重启固定策略相比,该方法在累积故障修复时间和运行稳定性上明显更优。

基于微重启技术的SOA服务恢复方法

面向服务的体系结构(SOA)将业务逻辑和具体地实现技术分离开来,利于复用和集成。SOA服务化已成为信息系统的主要发展趋势。在SOA服务特点及比较现有服务恢复方法的基础上,结合微重启(Microreboot)技术提出了一种新的基于微重启的SOA服务恢复方法,并结合项目支撑的实验平台进行验证,实验表明了该方法的实用性和高效性。

一种基于失效关联度的重启树优化机制

重启树优化是微重启技术实施的关键．在综述微重启及递归恢复技术的基础上，分析了重启树优化的原理，提出了一种实现重启树优化的机制．该机制在负载测试期间通过注人异常来获取组件的平均失效频度，并以此计算和分析组件间的失效关联度，再将失效关联度高的组件判定和构造为一个重启群以实现重启树的优化．案例研究结果表明，该机制实现了重启树优化的目标，减少了组件化分布式应用的平均恢复时间，提高了系统可用性．

部分可观环境中AUV软件自修复模型研究

针对AUV软件在部分可观环境中的故障修复问题,依据部分可观马尔科夫决策过程理论,提出基于POMDP模型和微重启技术的AUV软件故障修复方法。根据AUV分层结构特点设计了多层次的微重启修复方法,构建了AUV软件自修复POMDP模型,同时采用基于点的值迭代算法求解生成修复策略使系统在部分可观环境下能够以较低的修复代价执行修复动作。仿真实验验证了算法有效性和模型适用性。

一种导览机器人的任务规划方法研究

为导览机器人实现服务目标的引导规划,提出一种以机器人操作系统为实验平台,结合马尔科夫决策过程和微重启技术的任务规划方法。该方法在全面考虑服务对象身份需求信息及服务过程的总代价后,利用马尔科夫决策模型确立最优执行方案。采用基于机器人分布式操作系统建立的微重启自我修复机制解决功能失效问题。仿真结果验证了该规划方案在执行导览任务中的有效性,同时表明微重启技术在处理功能失效问题时相对于传统处理方法具有优越性,其在随机附加障碍的情况下可获得91.03%的规划成功率。

卫星地面站系统软件抗衰策略研究

卫星被越来越广泛地应用到军事侦察、资源勘探、气象预报、电视转播、通讯等重要领域,所以卫星地面站系统比普通的软件系统对安全性、可靠性、抗毁性、错误检测和恢复等有更高的要求。卫星系统高度的实时性要求卫星地面站软件系统是不允许失效的。但是软件系统存在软件老化现象,导致软件失效,为了对抗软件老化,采用了一种针对卫星地面站软件系统抗衰的微重启策略,可缩短应用系统的平均恢复时间(MTTR),提高系统的可靠性,可以为卫星测轨和定轨提供精确的原始卫星观测数据,对改善卫星测轨和定轨的精度具有重要的现实意义和应用价值。

一种分阶处理的软件自恢复方法

任务关键系统要求高可用性,因此当系统发生故障时需要快速恢复。由于任务关键系统中的故障多与软件相关,为满足恢复时间短、对系统副作用小等任务关键系统的恢复需求,提出一种分阶处理的软件自恢复方法。在预处理过程中,采用所提出的微重启技术自动修改二进制文件使其在出现异常时重启恢复成为一种自律行为;在系统运行时,采用所提出的基于MD5监测算法及热插拔技术的软件自修复方法对系统实施监测及自动修复。该方法可恢复系统内部失效如响应超时、资源泄漏等问题;对系统受到外部攻击的情况,如病毒修改二进制文件,非授权用户非法篡改系统文件等,该方法也可有效动态恢复,同时可以兼容系统动态升级需求。