论文摘要：基于虚拟化技术的故障注入技术研究与实现

机载电子系统在六十多年的发展过程中，经历了分立式、联合式、综合式和先进综合式四个阶段，是一个信息综合程度不断提高的发展过程。伴随着这个过程的是新的技术挑战。随着机载电子系统信息综合化程度的提高，原本独立的子系统将存在更多的信息共享和信息交互。每个独自子系统的可靠性检验结果不能保证子系统融合后的机载电子系统可靠性。子系统综合化后可能会带来原本意想不到的问题，而这些问题往往无法在独立系统测试中得以体现，而且在一定条件下方会显现。这意味着即使在综合测试中，也难以发现和定位这些问题。如果未预料到的问题发生在机载电子关键部件，往往会带来灾难性后果。本文针对这样的挑战，提出了一种新的基于虚拟机技术的故障注入方法，并进行了可行性验证和效果分析。具体来说，本文基于虚拟机系统Xen，以Linux操作系统为客户操作系统，针对系统中可能发生的内存故障和设备故障，制作了两个故障注入器。其中的内存故障注入器的原理是基于Xen的伪物理内存模型和内存管理机制，对客户操作系统的实际使用的物理内存页注入故障。而设备故障注入器的原理是基于Xen的前后端设备驱动机制，截获设备的读写请求，在注入故障后，再恢复设备的正常请求响应流程。这两种故障注入器均通过试验验证其有效性。本文亦在一个简单的冗余系统中同时注入这两种故障，进行了综合性验证。与传统故障注入技术相比，基于虚拟机技术的故障注入技术有明显的优越性：与硬件故障注入器相比，如果能够基于虚拟机技术实现故障注入，则无需设计制作专门的硬件故障注入器，使用方便；与软件故障注入器相比，无须对目标程序进行代码插桩，且注入粒度更细。而且由于虚拟机本身的特点，基于虚拟机技术的故障注入器可以对多种操作系统下的应用程序进行故障注入，并可以轻松的模拟多台机器协同工作的环境。

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