论文摘要：服务型软件老化现象的实验研究

服务型软件在长期运行之后经常表现出错误率上升，性能下降、响应时间增长等现象。这种现象称为软件老化。一般认为软件老化产生的原因是软件运行过程中累积的故障，如内存泄漏、进程/线程乱序、进程/线程死锁、截断误差累积等。这些故障可能位于操作系统内核空间或应用程序的进程空间。这些故障随时间不断累积，会造成系统性能下降、计算结果错误，最终导致系统停机并终止服务。对于一些电子商务网站、安全关键型软件等，软件老化会造成重大损失。本论文以多种服务型软件为研究对象，系统研究了软件老化现象机理、建模、度量与控制。论文主要研究成果归纳如下：1. 实验验证了软件老化现象具有混沌性质。研究了与响应时间关系最紧密的系统参数。实验结果证明，软件老化过程既有一定的确定性，又呈现一定的随机性。本文给出最大预测时间。2. 首次基于Web日志文件对软件老化进行了实证研究。对导致Web服务失效的原因进行了重新划分，并辨识出导致Web故障的老化因素。最后给出Web失效次数随时间增长的模型。3. 首次提出了描述软件运行行为的动力学模型。实验报导了软件运行中的非线性现象。将物理学中动力系统的研究方法引入到老化的建模研究。建立了软件运行状态的动力学模型。该模型可以预测计算机系统资源变量的突变，同时也可以探索一些软件老化的诱因。4. 提出一种软件老化的指标。通常以系统可用资源参数评估软件老化程度，但维数过高导致难以分析和明确度量。利用各种资源参数间的相关性，本文以主因子分析的方法对相关参数降维。得到二维指标，进而评估了该指标的有效性。5. 提出一种老化在线检测方法。报导了实验中发现的软件老化新现象。用频谱分析的方法提取出软件发生老化时的重要特征，据此提出相应的老化程度在线度量方法。6. 建立了负载与系统可用资源之间的定量关系模型。用神经网络的方法研究负载与系统可用资源之间的定量关系。提出根据负载量预测系统可用资源的方法。7. 首次将控制理论应用于软件老化控制，提出一种新的在线重生方法。用系统辨识的方法建立了软件参数配置与系统可用资源之间的关系。提出一种避免服务终止的重生方法。设计了PI控制器，仿真结果证明了方法的有效性。

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