分布式系統(tǒng)軟件部署策略及其可靠性研究.pdf

1、隨著互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn),計算機軟件所面臨的環(huán)境發(fā)生了變化,由靜態(tài)、封閉轉(zhuǎn)為動態(tài)、開放。為了適應(yīng)這種變化,軟件系統(tǒng)從集中式逐漸演化為分布式。另外,從20世紀90年代開始,基于組件的軟件開發(fā)迅速發(fā)展并成為主流技術(shù),基于組件的分布式軟件(component-based distributed software,CBDS)得到廣泛發(fā)展,這類軟件廣泛應(yīng)用在應(yīng)急反應(yīng)、工業(yè)自動化、導(dǎo)航、衛(wèi)生保健等各個領(lǐng)域。隨著分布式軟件系統(tǒng)的規(guī)模越來越大、功能越來越復(fù)雜,

2、人們對其可靠性、可用性等性質(zhì)提出了更高的期望和要求。
　　隨著分布式軟件和網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展,軟件部署成為整個軟件生命過程中的一個獨立階段。在普適、移動和分布式環(huán)境中,這種環(huán)境具有高度動態(tài)配置、未知的操作剖面和波動的執(zhí)行環(huán)境,分布在這樣環(huán)境下的軟件的部署對系統(tǒng)性能有重要影響,并且部署在應(yīng)急反應(yīng)系統(tǒng)、導(dǎo)航、民用基礎(chǔ)設(shè)施等領(lǐng)域的軟件要執(zhí)行關(guān)鍵任務(wù),要滿足嚴格的可靠性要求。為了使部署后的系統(tǒng)滿足一定的可靠性要求,部署需要考慮多方面的信息,如

3、待部署主機節(jié)點的可靠性、軟件組件的可靠性、軟件組件的互聯(lián)性、主機節(jié)點的拓撲結(jié)構(gòu)、硬件資源占用(如CPU、內(nèi)存)、軟件架構(gòu)風(fēng)格、軟件組件復(fù)制等等。
　　本文首先分析軟件部署方法和軟件架構(gòu)風(fēng)格(software architectural styles),提出一種將基于組件的軟件部署和 CS(client-server)、LCS(layered-client-server)架構(gòu)風(fēng)格結(jié)合的方法。該方法分析軟件部署和架構(gòu)風(fēng)格對系統(tǒng)可靠性的

4、影響。給出軟件架構(gòu)風(fēng)格研究假設(shè),在 CS風(fēng)格中,軟件組件分為服務(wù)組件和客戶組件;在LCS風(fēng)格中,軟件組件分為服務(wù)組件、中間組件和客戶組件。為了分析軟件組件在不同主機節(jié)點上部署情況對軟件組件失效率的影響,本文提出軟件組件的調(diào)整前失效概率。為了分析同一架構(gòu)風(fēng)格中不同類型的軟件組件對系統(tǒng)失效率的影響,本文提出軟件組件的調(diào)整后失效概率和軟件組件類型的影響因子。
　　由于系統(tǒng)運行環(huán)境內(nèi)在動態(tài)性和不可預(yù)測性,使得影響系統(tǒng)部署的參數(shù)也不斷發(fā)生變

5、化,沒有一種部署架構(gòu)對整個系統(tǒng)運行期間來說都是最優(yōu)化的,因此系統(tǒng)需要重部署來提高可靠性。然而,找到最大化可靠性的部署架構(gòu)需要時間( m是主機節(jié)點數(shù)目, n是軟件組件數(shù)目),是一個指數(shù)復(fù)雜性問題,需要設(shè)計近似算法來重部署系統(tǒng)。影響系統(tǒng)部署因素分為不確定的和確定性,很難用精確理論來描述所有的影響因素。因此,本文引入模糊理論來描述這些影響因素,并設(shè)計近似算法來重部署系統(tǒng),從而提高系統(tǒng)可靠性。
　　當系統(tǒng)可靠性低于某一規(guī)定值時,通過系統(tǒng)重

6、部署可提高系統(tǒng)可靠性。然而,系統(tǒng)重部署需要某些軟件組件從一個主機節(jié)點遷移到其它主機節(jié)點,某些軟件組件提供的服務(wù)將暫時不能用,而如果這些軟件組件有副本,即使某個軟件組件失效,其它的組件副本仍能繼續(xù)提供服務(wù),因此,通過軟件組件復(fù)制來提高系統(tǒng)可靠性是另一個研究重點。由于額外的軟件組件將消耗系統(tǒng)資源,需要在系統(tǒng)可用資源、服務(wù)的重要性和可靠性三者之間找到一個折中策略,Malek給出一個優(yōu)化目標函數(shù)OF。在分析目標優(yōu)化函數(shù)OF和貪婪算法的基礎(chǔ)上,本

7、文設(shè)計了啟發(fā)式的貪婪復(fù)制算法,該算法根據(jù)單位帶寬的優(yōu)化值增量OB和單位內(nèi)存的優(yōu)化值增量OM來選擇將被復(fù)制的軟件組件,從而得到更高的優(yōu)化值。雖然系統(tǒng)仍可以正常工作,但失效的軟件組件會將故障傳播給與其進行直接交互的其它軟件組件。本文也對相關(guān)的主機節(jié)點失效和軟件組件組件失效引起的故障傳播進行了分析。
　　大多數(shù)架構(gòu)層次可靠性方法都認為軟件組件對系統(tǒng)可靠性的評估有重要影響,并且假設(shè)系統(tǒng)中的軟件組件可靠性是已知的,或者軟件組件提供服務(wù)的可靠

8、性是已知的。軟件組件的失效率受外部因素和內(nèi)部因素的影響,隨著系統(tǒng)運行時間的增加,這些影響因素的值將發(fā)生改變,那么軟件組件的失效率也將隨時間發(fā)生改變,因此軟件組件的失效率是一個與時間相關(guān)的函數(shù)。Xie模型假設(shè)組件軟件系統(tǒng)為由n個組件組成的串行系統(tǒng),所有組件并行開發(fā),獨立測試,組件失效均為系統(tǒng)失效,并假設(shè)每個組件的失效過程可建模為 NHPP(non-homogeneous Poisson process)。這里,也采用Xie模型的假設(shè),將部

9、署階段的軟件組件失效行為建模為NHPP過程。此外Yacoub提出的ALRRA方法基于如下的假設(shè):組件執(zhí)行的頻率越高,失效的可能性越大。本文將軟件組件的失效率設(shè)為與軟件組件執(zhí)行頻率相關(guān)的函數(shù)。在基礎(chǔ)上,分析系統(tǒng)運行一段時間內(nèi),參數(shù)ρ、軟件組件復(fù)制、系統(tǒng)重部署、軟件組件間的交互頻率矩陣類型對可靠性的影響。用連接器的方式建模集成架構(gòu)風(fēng)格,將集成架構(gòu)風(fēng)格中不同風(fēng)格的軟件組件用恰當?shù)母怕史植己瘮?shù)來建模,分析在同一時間下的軟件組件可靠性、不同時間下