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构件中非法除故障的容错性检测方法研究叶俊民 叶焰锋 雷志翔 贺鹏程 张红春



  摘要:提出了通过向构件中关键位置注入故障的方式来判定构件的容错性能。实践表明,该方法将有效地检测构件的容错能力。
  关键词:构件; 故障注入; 容错性检测
  中图分类号:TP31文献标志码:A
  文章编号:1001-3695(2008)05-1402-02
  
  基于构件的方法使得大型软件系统的开发和维护变得更为简单,可以提高软件的复用性和软件开发效率[1]。但是,复用质量低下的软件构件则会起到相反的作用,尤其是在一些对系统可靠性要求较高的领域,如航空航天、工业控制等领域,容错性成为需要解决的首要问题。因为使用可靠性差的构件会带来灾难性的后果[2],有必要对构件的容错性能进行检测,从而保证构件系统的可靠性。
   检测构件容错性能的传统方法是通过观察构件系统的失效行为,进而分析错误记录来完成的。但是对一个高可靠系统而言,不可能等待太长的时间来获取有关的统计结果。因此,使用故障注入方法向系统的构件中注入故障,以获取构件现场信息进而分析其行为就显得十分必要。现存在很多故障注入方法,如按故障注入触发时间[3]可分为编译期间注入故障和运行期间注入故障两类;按故障注入触发方式[4]可分为定时(time-based) 触发、运行期间注入故障和负载(stress-based)触发三类。虽然有很多学者研究了各类故障注入方法[5~8],但是目前的故障注入方法仅仅是在程序执行过程中通过相对随意地修改寄存器的值来注入故障,而没有依据程序中常见的一些故障类型,所以在检测构件中是否存在特定故障类型方面存在不足。本文结合反汇编和故障注入的思想提出了一种检测构件中是否存在非法除故障的方法。
  
  1故障注入基础
  
  1.1故障注入
  故障注入技术首次在国际上提出是在20世纪70年代,之后一直被工业界用来进行容错系统的设计和验证[9]。到了80年代中期,故障注入技术才作为系统中容错机制的实验评价方法开始被高校和科研部门采用。进入90年代之后,该技术引起了众多研究人员和工程设计者的重视,对故障注入的研究与应用也随之深入。故障注入方法包括硬件和软件实现的故障注入方法。本文中主要是采用软件实现的故障注入方法来检测构件的容错性。它根据某种故障模型通过修改存储器或寄存器内容来模拟软件故障的发生。软件实现的故障注入方法比较简单,通过修改特定寄存器中的数值来观察实验结果,能够很好地检测软件的容错性能。
  1.2故障注入技术原理
  软件故障注入方法是通过特定的程序对系统软件、硬件错误状态进行仿真[10]。主要是通过修改程序执行语句,增加、修改、删除数据或直接修改寄存器或存储器的内容来模拟硬件或软件故障的发生。 ......
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