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安全关键软件故障自动诊断与隔离方法研究

作　者: 徐晴
导　师: 齐治昌；董威
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: 安全关键软件 故障诊断 故障隔离 布尔函数学习 二进制代码插装
分类号: TP311.52
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


安全关键软件在当前国家和国防现代化担负的责任重大,一旦出现失效将会为安全、经济乃至生命带来重大损失,但由于自身及其环境的复杂性,软件故障难以完全避免。因此,在软件出现故障后能够快速有效的诊断并隔离故障,使得软件能够持续关键任务的运行就显得十分重要。本文针对安全关键软件的特点,提出了一种软件故障自动诊断与隔离的框架AFDIF(Automatic Fault Diagnosis and Isolation Framework),通过插装二进制代码收集程序运行时数据,对样本数据进行分析和抽象,并利用布尔函数学习机制自动定位软件故障,最后自动产生故障隔离代码并插装到程序中,能够有效避免故障的再次发生,从而提高软件的可靠性、安全性和可生存性。论文主要在以下几个方面进行了研究:●研究了软件故障自动诊断和隔离方法的实现原理和技术路线,提出一种软件故障自动诊断与隔离的框架AFDIF,包括软件运行时的数据获取、通过测试运行方式的数据样本采集与抽象、基于布尔函数学习机制的故障自动诊断以及基于补丁插装的故障隔离等主要步骤。●研究了软件故障的自动诊断与定位技术,利用插装技术在程序指定位置插装指令,实现软件运行数据的收集:研究基于布尔函数学习机制的故障诊断算法,通过分析数据样本,最终找到导致程序发生故障的“关键”变量,从而定位故障原因。●研究了基于代码插装的软件故障隔离技术,实现程序指令执行的定向跳转,从而避免了缺陷代码被执行而导致故障的实际产生。●基于上述理论和技术,设计实现了故障自动诊断与隔离支持工具原型,最终结果表明,该方法能够准确定位故障原因,并及时有效的进行故障隔离。

全文目录


摘要  9-10
ABSTRACT  10-11
第一章 引言  11-14
  1.1 论文的选题背景和研究意义  11-12
  1.2 论文的主要研究内容  12-14
    1.2.1 主要研究内容  12
    1.2.2 论文的结构  12-14
第二章 软件故障诊断与隔离相关研究现状  14-18
  2.1 软件故障诊断与隔离的研究发展情况  14-16
    2.1.1 故障诊断  14-15
    2.1.2 故障隔离  15-16
  2.2 软件故障诊断与隔离研究发展趋势  16
  2.3 课题的特点和针对性  16-18
第三章 故障自动诊断与隔离框架AFDIF  18-31
  3.1 软件失效机理介绍  18-19
  3.2 AFDIF框架  19-30
    3.2.1 框架整体结构  19-21
    3.2.2 运行数据获取  21-23
    3.2.3 样本采集与抽象  23-26
    3.2.4 故障诊断与定位  26-28
    3.2.5 软件故障隔离  28-30
  3.3 小结  30-31
第四章 故障诊断与定位技术的研究  31-43
  4.1 微软Phoenix项目介绍与研究  31-34
  4.2 基于代码插装的样本采集技术的研究  34-39
    4.2.1 基于Phoenix平台实现的代码插装技术  35-38
    4.2.2 样本采集的指令插装研究  38-39
  4.3 基于布尔函数学习的故障诊断和定位  39-42
    4.3.1 布尔函数学习算法原理和实现  39-41
    4.3.2 开销分析  41-42
  4.4 小结  42-43
第五章 故障自动隔离技术的研究  43-48
  5.1 隔离补丁自动产生及插装的研究  43-46
    5.1.1 自动产生隔离补丁  43-44
    5.1.2 插装方法的研究  44-46
  5.2 基于用户指定的程序定向跳转技术的研究  46-47
  5.3 小结  47-48
第六章 AFDIF框架的实现与应用研究  48-61
  6.1 原型工具基本框架  48-49
  6.2 前台界面的设计与实现  49-51
  6.3 数据监控与收集的程序设计与实现  51-54
  6.4 测试运行的程序设计与实现  54-55
  6.5 布尔学习算法的程序设计与实现  55-58
  6.6 补丁生成及插装的程序的设计与实现  58-60
  6.7 小结  60-61
第七章 结束语  61-62
致谢  62-63
参考文献  63-66
作者在学期间取得的学术成果  66-67
附录A 指令插装过程的部分代码实现  67-70
附录B 定向跳转指令插装的部分实现代码  70-71

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机软件 > 程序设计、软件工程 > 软件工程 > 软件开发
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