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1、国防科学技术大学研究生院硕士学位论文 第 i 页 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
2、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
3、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。 关键词： 软件可靠性，软件失效，故障检测，故障恢复 国防科学技术大学研究生院硕士学位论文 第 ii 页 ABSTRACT With the explosion of software size and complexity, the traditional methods to enhance the software dependability are not sufficient. The researchers pay more attention on the health management of runtim
4、e software, the aim of which is to assure the state of software runtime complaint with the anticipation of users. Fault detection and recover is an efficient way in the scope of software health management. This dissertation surveys the research about fault detection and fault recover and discusses t
5、he relative merits of every method. A new framework of fault detection and recover is proposed in this dissertation. The main idea of the framework is that we first choose a specification language to define the properties of runtime software, second generate the fault detection code based on the spe
6、cification, then intrude the detection code in the original program to monitor the software execution, and call the recover module to recover the faults being detected. The program invariants which are a typical specification have been successfully used in static checking, program verification, soft
7、ware testing, assertion checking et al. Because of the development of program analysis, some tools have been invented to generate program invariants automatically. So this dissertation researches the fault detection and recover based on invariants. This dissertation discusses the techniques about th
8、e generation of invariants, the generation of fault detection code, and the fault recover method. Based on these techniques, the tool of fault detection and recover is realized. The experiments show the effectiveness of the tool. Researchers keep on pursuing the reducing of software failure, and fau
9、lt detection and recover is an effective way to reduce the software failure. The tools of fault detection and recover based on invariants will make positive influence on enhancing the software dependability. Key Words: software dependability, software failure, fault detection, fault recover国防科学技术大学研
10、究生院硕士学位论文 第 III 页 表 目 录 表 3.1 Daikon生成不变式效果 . 18 国防科学技术大学研究生院硕士学位论文 第 IV 页 图 目 录 图 2.1 软件失效机理示意图. 5 图 2.2 故障检测与恢复框架示意图. 9 图 2.3 故障检测与恢复模块图. 9 图 3.1 Daikon工作原理示意图 . 14 图 3.2 Daikon输出图示 1 . 16 图 3.3 Daikon输出图示 2 . 17 图 3.4 轻量级规范示例图. 19 图 3.5 模型字段示例图. 20 图 3.6 模型字段获取值示例图. 21 图 3.7 assignable子句使用示例图 . 21 图 3.8 量词使用示例图. 21 图 3.9 访问控制示例图. 22 图 3.10 不变式简单实例. 22 图 4.1 AOP开发图示. 28 图 4.2 AspectJ语言规范结构 . 29 图 4.3 ajc编译器 . 31 图 4.4 代码示例. 32 图 4.5 前置条件的故障检测代码. 32 图 4.6 方法继承代码示意图. 33 图 4.7 前置条件的故障检测代码示意图
