实时嵌入式系统软件自恢复技术研究

论文摘要

随着实时嵌入式系统应用范围的不断扩大,系统复杂性不断提高,由此引发的软件失效现象使软件老化成为研究人员不得不面对的重要问题。了解导致软件衰老的原因并采取相应的自恢复策略,可以缩小软件衰老带来的影响,暂时延缓一些软件失效现象的发生,所以研究实时嵌入式系统的软件自恢复技术对提高软件可靠性具有重要的意义。以实时嵌入式系统VxWorks为研究对象,本文首先给出了基于检测的资源监控工具的设计与实现方法,该工具能够定期收集系统资源的使用情况及软件运行情况信息。利用搜集到的信息,用斜率估计的方法确定软件衰老的存在,并利用最小二乘法估算存在衰老的软件的失效时间,即系统资源耗尽的时间。为了更清晰地描述实时嵌入式系统软件自恢复策略的实施过程,通过分析软件自恢复策略的研究现状和实时嵌入式系统的特点,给出了多级嵌套的软件自恢复策略模型的NFA描述方法。最后,以系统中的基本任务为自恢复策略实施的最小重启粒度,分析任务之间的四种通信原理,确定系统的重启链。在实验中,分析软件体系结构和任务之间数据的访问关系,采用递归的方法,首先重启处于重启链上起始结点中的任务,当不能使软件系统恢复到健康状态时,重启重启链中下一结点中的任务。实验结果表明,本文所提到的软件自恢复策略是一种具有高可行性和可靠性的方法,这种方法延长了软件的失效时间并且缩短了软件的修复时间。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 软件自恢复技术
• 1.3 国内外研究状况
• 1.4 本课题研究的背景和研究意义
• 1.5 论文的主要工作和组织结构
• 第2章 实时嵌入式系统VxWorks的监测方法研究
• 2.1 实时嵌入式系统VxWorks概述
• 2.1.1 系统任务调度原理分析
• 2.1.2 系统性能衡量指标
• 2.1.3 系统性能监测方法研究
• 2.2 VxWorks软件失效监测及处理方法研究
• 2.2.1 任务堆栈溢出监控方法
• 2.2.2 任务异常挂起监控方法
• 2.2.3 程序跑飞监控方法
• 2.3 系统资源占用监控方法研究
• 2.3.1 监控系统内存的占用情况
• 2.3.2 监控任务堆栈的占用情况
• 2.3.3 监控任务CPU的占用情况
• 2.4 本章小结
• 第3章 实时嵌入式系统VxWorks自恢复策略研究
• 3.1 软件自恢复策略概述
• 3.1.1 基于时间的软件自恢复策略
• 3.1.2 基于检测的软件自恢复策略
• 3.1.3 基于时间和检测的软件自恢复策略
• 3.2 自恢复策略停机时间与恢复成本分析
• 3.3 软件衰老趋势分析
• 3.4 系统失效时间估计
• 3.4.1 最小二乘法
• 3.4.2 资源阂值选择
• 3.5 实时嵌入式系统VxWorks软件自恢复策略
• 3.5.1 软件自恢复策略流程
• 3.5.2 两级软件自恢复策略NFA模型
• 3.5.3 三级软件自恢复策略NFA模型
• 3.6 本章小结
• 第4章 实时嵌入式系统VxWorks微重启技术研究
• 4.1 重启技术简介
• 4.2 实时嵌入式系统模块间重启关系的确定
• 4.2.1 结构化软件设计简介
• 4.2.2 任务重启相关性的分析
• 4.2.3 任务重启相关度的确定
• 4.3 实时嵌入式系统VxWorks任务重启群的确定
• 4.3.1 任务相关的重启群确定的方法
• 4.3.2 资源相关的重启群确定方法
• 4.4 VxWorks系统任务重启顺序的确定
• 4.4.1 任务重启链和重启树的确定
• 4.4.2 任务重启的实施方法
• 4.5 本章小结
• 第5章 仿真试验
• 5.1 构建仿真环境
• 5.2 系统运行模拟
• 5.2.1 系统体系结构的构建
• 5.2.2 系统任务通信的模拟
• 5.3 系统运行的监控
• 5.3.1 监控系统内存的占用情况
• 5.3.2 监控任务堆栈的使用情况
• 5.3.3 监控任务CPU占用情况
• 5.4 系统衰老趋势分析
• 5.5 软件自恢复策略实验
• 5.5.1 软件失效重启策略
• 5.5.2 与资源消耗相关的重启策略
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文和取得的研究成果
• 致谢