面向分布式關(guān)鍵任務(wù)系統(tǒng)的自律可信性模型及其分析.pdf

1、分布式關(guān)鍵任務(wù)系統(tǒng)對(duì)可信性有較高要求,然而隨著網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的日益惡化,蓄意攻擊、系統(tǒng)隨機(jī)故障和偶發(fā)事故等可信性威脅(Threats to Dependability,TtD)不可避免地發(fā)生,由此導(dǎo)致偏離使命、中斷運(yùn)行、軟件失效、崩潰死機(jī),甚至造成失泄密或人身財(cái)產(chǎn)危害,使得分布式關(guān)鍵任務(wù)系統(tǒng)面臨的可信性威脅日益嚴(yán)峻。與此同時(shí),由于并行計(jì)算、泛在計(jì)算和移動(dòng)計(jì)算技術(shù)的推動(dòng),系統(tǒng)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大、結(jié)構(gòu)愈發(fā)復(fù)雜、目標(biāo)日益多樣性,系統(tǒng)自身的管理復(fù)雜性已成為

2、一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn),然而傳統(tǒng)可信性增強(qiáng)方法在獲得可信性提升的同時(shí)往往極大地加劇了系統(tǒng)復(fù)雜性,已不再適應(yīng)當(dāng)前的發(fā)展,亟需一種新的細(xì)粒度可信性方法來(lái)解決分布式關(guān)鍵任務(wù)系統(tǒng)面臨的問(wèn)題。在此條件下,自律計(jì)算技術(shù)由于其“以技術(shù)管理技術(shù)”的特性,具備自主管理的能力,并在“自恢復(fù)”、“自保護(hù)”等屬性中蘊(yùn)含可信特性,被認(rèn)為可信性實(shí)現(xiàn)的一種新途徑,因此自律可信性應(yīng)運(yùn)而生。但是當(dāng)前對(duì)自律可信性的研究尚處于初期階段,自律可信性實(shí)現(xiàn)大多采用基于規(guī)則的模式進(jìn)行,對(duì)于

3、自律可信性模型尤其是形式化模型缺少研究,無(wú)法從全局上分析各種影響因素,指導(dǎo)自律可信性后續(xù)研究和發(fā)展。
　　 針對(duì)目前自律可信性模型面臨的問(wèn)題,本文首先提出一種分布式關(guān)鍵任務(wù)系統(tǒng)自律可信性形式化模型,分級(jí)應(yīng)對(duì)各種可信性威脅,為后續(xù)研究提供理論基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上,對(duì)自律可信性的三項(xiàng)核心屬性“自省”、“自恢復(fù)”和“自毀”分別進(jìn)行研究,分析影響分布式關(guān)鍵任務(wù)系統(tǒng)自律可信性的關(guān)鍵因素,為自律可信性模型的改進(jìn)和完善提供參考。主要研究?jī)?nèi)容組織如

4、下:
　　 首先,提出一種基于SM-PEPA(Semi-Markov Performance Evaluation ProcessAlgebra)的分布式關(guān)鍵任務(wù)系統(tǒng)自律可信性形式化模型。通過(guò)對(duì)自律可信性概念及其核心屬性的研究,建立分布式關(guān)鍵任務(wù)系統(tǒng)自律可信性模型,在自省機(jī)制控制下綜合采用“自容忍”、“自恢復(fù)”、“自毀”等手段分級(jí)應(yīng)對(duì)不同程度的可信性威脅。在此基礎(chǔ)上,采用SM-PEPA形式化語(yǔ)言對(duì)模型進(jìn)行描述,允許動(dòng)作變遷速率服

5、從一般分布以提高模型的普適性,并從穩(wěn)態(tài)概率角度提出了一種自律可信性的量化方法,嘗試?yán)米月煽尚胖笖?shù)分析各屬性對(duì)于自律可信性的影響。自律可信性模型是后續(xù)章節(jié)開(kāi)展的基礎(chǔ)。
　　 其次,提出一種分布式關(guān)鍵任務(wù)系統(tǒng)分層自省方法。通過(guò)借鑒自律計(jì)算領(lǐng)域現(xiàn)有研究成果,對(duì)分布式關(guān)鍵任務(wù)系統(tǒng)系統(tǒng)組件進(jìn)行自律化處理。在此基礎(chǔ)上,綜合考慮內(nèi)外部環(huán)境感知提出一種分層自省框架,利用局部自省降低自省時(shí)延和開(kāi)銷(xiāo),利用全局自省保證系統(tǒng)層面可信目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。進(jìn)而針

6、對(duì)現(xiàn)有自省模型缺乏理論推導(dǎo)基礎(chǔ),提出了一種基于冗演算的自省描述方法,從更高地抽象層次檢驗(yàn)自省機(jī)制,減少自省框架的漏洞,滿(mǎn)足系統(tǒng)對(duì)可信性的需求。自省機(jī)制為后續(xù)自恢復(fù)和自毀研究提供了自管理基礎(chǔ)。
　　 再次,提出一種基于PEPA(Performance Evaluation Process Algebra)流近似的自恢復(fù)分析方法。針對(duì)分布式關(guān)鍵任務(wù)系統(tǒng)自恢復(fù)過(guò)程中的分析復(fù)雜性問(wèn)題,在對(duì)自恢復(fù)需求和代表性恢復(fù)結(jié)構(gòu)研究的基礎(chǔ)上,提出一種

7、基于PEPA流近似的分布式關(guān)鍵任務(wù)系統(tǒng)自恢復(fù)分析方法,綜合考慮了自律控制過(guò)程和組件的加入與退出。通過(guò)把PEPA轉(zhuǎn)化為ODEs(Ordinary Deferential Equations),避免了傳統(tǒng)markov過(guò)程分析的狀態(tài)空間爆炸問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,與傳統(tǒng)的基于狀態(tài)的自恢復(fù)分析方法相比,本方法可把模型求解時(shí)間控制在線性時(shí)間內(nèi),在組件數(shù)量較多時(shí)具有良好的效果。
　　 最后,提出一種基于細(xì)胞凋亡啟發(fā)的自毀方法。借鑒生物細(xì)胞凋亡過(guò)