Optimizing performance and dependability of computer systems: software rejuvenation stochastic modeling

Abstract

Σκοπός της Διατριβής είναι η στοχαστική μοντελοποίηση της αναζωογόνησης λογισμικού σε ποικίλα υπολογιστικά συστήματα, με στόχο την βελτιστοποίηση της επίδοσης και της αξιοπιστίας τους. Η αναζωογόνηση λογισμικού είναι μια προληπτική τεχνική συντήρησης του λογισμικού που χρησιμοποιείται για την αποφυγή μελλοντικών αστοχιών που οφείλονται σε φαινόμενα γήρανσής του. Για την μοντελοποίηση της αναζωογόνησης, χρησιμοποιείται κάθε φορά η κατάλληλη Μαρκοβιανή διαδικασία. Η αναζωογόνηση λογισμικού καταφέρνει να εκπληρώσει τις περισσότερες φορές τους στόχους της. Στην παρούσα Διατριβή εισάγεται όμως και το καινοτόμο σενάριο της αποτυχημένης αναζωογόνησης, το οποίο μπορεί να εμφανιστεί υπό ορισμένες συνθήκες, ειδικά όταν πρόκειται για αρκετά μεγάλες εφαρμογές λογισμικού, σχεδιασμένες να εκτελούνται για μεγάλο χρονικό διάστημα. Η αναζωογόνηση μοντελοποιείται σε συστήματα τα οποία υπόκεινται σε σταδιακή φθορά και εξάντληση των πόρων τους. Το ποσοστό της ελεύθερης μνήμης που σταδιακά εξαντλείται μπορεί να χαρακτηριστεί ως ένα τέτοιο είδος πόρου. Η αναζωογόνηση, μέσω της βέλτιστης στρατηγικής εφαρμογής της, μπορεί να απελευθερώσει ποσοστά πόρων ενός συστήματος και να συμβάλει έτσι στην βελτίωση της επίδοσης και της διαθεσιμότητάς του. Η αποτελεσματικότητά της, αναφορικά με την επίδοση των συστημάτων, μελετάται μέσω κάποιων δεικτών αξιοπιστίας. Εν προκειμένω, μοντελοποιείται η εφαρμογή της αναζωογόνησης σε συστήματα με εφεδρείες, σε συστοιχίες υπολογιστών αλλά και σε κατανεμημένα περιβάλλοντα όπως το Grid. Σκοπός είναι η βελτιστοποίηση της διαθεσιμότητας και της αξιοπιστίας τους. Μοντελοποιείται επίσης και η εφαρμογή της αναζωογόνησης στην τηλεφωνία μέσω διαδικτύου (VoIP). Σε όλες τις παραπάνω περιπτώσεις, ο στόχος είναι να βρεθεί η βέλτιστη πολιτική εφαρμογής της αναζωογόνησης που θα οδηγήσει στα επιθυμητά επίπεδα επίδοσης και αξιοπιστίας. Στα πλαίσια της Διατριβής, χρησιμοποιούνται γενικευμένες «ανοιχτές» προσυντονισμένες μέθοδοι προσεγγιστικών αντιστρόφων για την αποτελεσματική επίλυση των γραμμικών συστημάτων μεγάλης τάξης που προκύπτουν με βάση την μοντελοποίηση της αναζωογόνησης λογισμικού. Η Διατριβή παρέχει το κατάλληλο υπόβαθρο για την περαιτέρω μελέτη της αναζωογόνησης λογισμικού ως μια συνιστώσα στην δημιουργία «αυτοθεραπευόμενων» συστημάτων. Τα συστήματα αυτά μπορεί να ποικίλουν από αρκετά μεγάλης κλίμακας όπως για παράδειγμα το Grid, ή αρκετά μικρότερης όπως τα λογισμικά που χρησιμοποιούνται στις συσκευές κινητής τηλεφωνίας.