基于不变式的软件故障检测与恢复技术研究

论文摘要

软件规模愈加扩大、软件逻辑愈加复杂,诸如软件测试等传统的提高软件可靠性的方法愈显不足。软件运行时的健康管理致力于保障软件运行时的行为符合人们的预期,从而越发受到研究者的关注。软件故障检测与恢复则是软件运行时健康管理的一个重要分支。本文综述了故障检测与故障恢复的研究现状,分析了各方法的优缺点与适用背景,整合故障检测与故障恢复两者的实现技术,提出一种新的故障检测与恢复框架。其基本思想是选取一种规范说明用来表征软件运行的状态,依据这种特征语言,生成故障检测代码,插装到源程序中,监测软件运行,若软件运行行为违背了特征规范,则表明出现故障,调用故障恢复模块,根据违反的规范形式,实施相应的故障恢复策略。程序不变式是一种典型的规范说明,已经成功地应用于静态分析、程序验证、软件测试、断言检测等各个领域,而且程序分析技术的发展使得依据程序文档可自动生成不变式,并且效果良好,本文研究基于不变式的故障检测与恢复技术。论文从不变式规范生成、故障检测代码生成、故障恢复策略实施三个方面依次讨论了原型工具的实现原理与相关技术,在此基础上,给出了原型工具的实现方案,并通过具体实例验证工具在故障检测与恢复方面具有一定的有效性。软件的低失效率一直是研究者不断追求的目标,而及时的故障检测与恢复则是防止软件失效的一条重要途径。本文提出并实现的基于不变式的软件故障检测与恢复的原型工具对软件运行时的可靠性保障具有一定的积极意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 课题研究内容
• 1.3 论文结构
• 1.4 论文研究成果
• 第二章 故障检测与故障恢复研究现状
• 2.1 软件失效机理
• 2.2 故障检测与故障恢复研究现状
• 2.2.1 故障检测研究现状
• 2.2.2 故障恢复研究现状
• 2.3 故障检测与恢复框架
• 2.4 本章小结
• 第三章 不变式的生成
• 3.1 不变式特性
• 3.2 不变式的生成
• 3.2.1 Daikon的工作原理
• 3.2.2 Daikon生成不变式
• 3.2.3 Daikon生成不变式效果
• 3.3 JML规范特性
• 3.3.1 JML简介
• 3.3.2 JML的说明构造
• 3.3.3 JML的应用
• 3.4 本章小结
• 第四章 故障检测代码的生成
• 4.1 预处理
• 4.2 AOP技术
• 4.2.1 AOP技术介绍
• 4.2.2 AspectJ介绍
• 4.3 故障检测代码生成
• 4.3.1 前置条件的故障检测模板
• 4.3.2 后置条件的故障检测模板
• 4.3.3 类级不变式的故障检测模板
• 4.4 本章小结
• 第五章 故障恢复
• 5.1 提取故障信息
• 5.2 分析故障信息
• 5.3 故障恢复策略
• 5.4 本章小结
• 第六章 原型框架的实现与实验分析
• 6.1 原型框架系统结构
• 6.2 Daikon工具的改进
• 6.3 故障检测模块的实现
• 6.4 故障恢复模块的实现
• 6.5 实验及结果分析
• 6.6 本章小结
• 第七章 结束语
• 7.1 全文工作总结
• 7.2 不足和将来的工作
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果