● 摘要
软件老化是指软件在长时间连续运行中表现出的性能退化现象，存在于许多真实系统中。软件老化现象的发生原因有系统资源耗尽、存储空间碎片化、数值错误积累等，其根本原因是软件在设计开发阶段引入的老化相关缺陷。该现象在大量的复杂软件系统中被发现，它极大地影响了软件系统的可用性和可靠性。在商业领域和军事科技领域，软件老化能够引起巨大的经济损失，最严重时甚至导致人员伤亡。研究人员使用软件重生技术来缓解软件老化，它是一种主动预防方法，它通过重启软件达到清理内部环境、消除老化因素积累的目的。一般的，实施软件重生的对象是操作系统，这样做虽然能够消除软件老化，但同时引入了相当大的重生代价。
本文中提出了软件老化分层模型理论，针对软件系统的组成结构，将它分为应用软件层、操作系统层、虚拟机层和物理节点层。文中首先介绍了如何搭建软件老化实验平台，采用基于监测的方法，选用Apache服务软件作为研究对象。接着提出了软件老化分层方法，分析了分层的合理性。然后针对软件系统的二粒度和四粒度结构，使用Markov随机过程理论建立了数学模型，求出了系统的稳态解，并计算出了软件系统的评价指标：可用性和总费用函数。根据可用性最大或总费用最小的原则，以数值实验的形式给出了监视器的最优监测间隔。之后，运用实验方法，从软件提供的服务质量的角度研究了各粒度软件重生技术引入的重生代价，同时，研究了软件重生效果（是否有效消除软件老化现象）。最后，为了确定软件重生执行的时机，提出了基于RBF神经网络模型的老化指示参数预测方法，准确的对系统参数变化趋势进行预测，采用阀值法决定软件系统的当前状态。应用方面，文中提出了软件分层理论的应用方案的设计方法，为分层理论的应用提供了实践指导。