重配置与周期再生相结合的软件再生模型

针对持续运行软件系统中的老化问题,提出一种重配置与周期再生相结合的软件再生方法.采用连续时间马尔可夫链对两阶段衰退软件系统的工作模式进行建模,给出系统可用性和单位时间平均成本的形式化定义与分析,并以可用性和成本作为评价标准计算相应的最佳再生周期,推导出了采用重配置的临界条件.仿真结果表明,随着重配置成功率的提高,系统的可用性增加,成本降低,当重配置成功率为1时,与纯周期再生方法相比,采用结合重配置的软件再生方法可使系统单位时间宕机成本降低48.9%.     

贝叶斯证据框架下最小二乘支持向量机的软件老化检测方法

针对当前软件老化的检测、分析和软件再生的不确定性问题,提出了一种基于贝叶斯证据框架的最小二乘支持向量机(LS-SVM)的软件老化检测方法,即:使用最小二乘支持向量机分类器进行数据分类,以此解决数据采集时出现的小样本、高纬度,非线性、局部最小值等问题;通过贝叶斯证据框架来优化LS-SVM的超参数,从而提高分类器的学习精度和泛化能力.实验结果表明,在状态清晰区间,软件老化的概率均在0.7至0.9之间,而高维模型检测出的软件老化的概率为0或1.如果从概率粒度层来描述软件老化,则软件再生的时间点选取效率更高,根据概率值的变化可进一步解析软件老化的不确定性.实验结果及分析显示,概率粒度所描述的软件健康状态更符合软件老化的客观状况.     

软件老化过程建模、预测及软件再生策略研究

研究基于Linux网络服务器的软件老化过程建模、预测及软件再生策略问题.通过引入动量项及模拟退火算法的人工神经网络(BP)改进算法,对软件老化过程进行建模和预测.克服了BP算法收敛速度慢,易陷入局部极小值的缺陷,并提出将基于阈值的软件再生策略用于软件老化现象的主动性容错,提高软件系统的可靠性和可用性.仿真结果表明,该策略既降低了软件失效率,又减少了系统由于软件恢复而暂停服务的时间.     

IaaS云环境下一种基于综合满意度的虚拟机放置策略

基础设施即服务(IaaS)环境下的一个关键需求是对租户申请的虚拟机进行合理放置。当前虚拟机放置策略的研究大都集中在数据中心能耗、资源损耗以及负载均衡等方面,很少有工作关注其对租户虚拟机启动时间的影响。为了减少虚拟机请求的周转时间,降低数据中心的资源损耗,本文首先建立了云服务租户满意度模型,给出了虚拟机请求到达云端后周转时间的量化方法;然后基于数据中心的资源损耗建立了云服务提供商满意度模型;最后,基于租户虚拟机启动时间与系统资源损耗建立了多目标约束优化模型,并提出了一种基于综合满意度(Comprehensive Satisfaction Based,CS-B)的虚拟机放置策略,该策略综合考虑了云服务租户与云服务提供商的需求,将租户所申请的虚拟机放置到综合满意度最高的服务器中运行。在OpenStack云平台上的仿真实验表明,CS-B虚拟机放置策略能够有效减少租户虚拟机在云端的部署时间,降低数据中心的资源损耗,有效提高了云服务商及租户的满意度。     

基于虚拟机的嵌入式VxWorks实验教学平台

针对各高等院校嵌入式系统软件开发课程大多采用嵌入式系统实验箱作为嵌入式软件开发实验的目标机,其实验箱投资大、占用空间的现状。文章分析了用虚拟机作为嵌入式开发目标机的软硬件可行性和网络连接可行性,介绍了一种节省投资、节约空间、方便教学、利于学习的基于虚拟机Vmware构建嵌入式VxWorks软件开发实验平台的方法,并给出了建立交叉开发实验环境的具体步骤。     

基于遗传算法的集群虚拟机资源调度研究

针对集群虚拟机的调度问题,提出了一种基于遗传算法的调度方法.此方法根据虚拟机调度问题的具体情况构造染色体和初始种群,进而根据选择、交叉、变异操作衍生种群.在适应度函数构建过程中,充分考虑了虚拟机调度中对CPU、内存、带宽的资源利用率要求、调度时间需求和服务费用需求.实验结果表明,本文调度方法获得的调度结果在资源利用率和执行时间方面都具有明显的优势.     

融合唤醒阈值与半休眠模式的云虚拟机调度策略

为了满足云用户请求响应要求的同时进一步提高云平台能量效率,融合唤醒阈值与半休眠模式,提出一种新型的云虚拟机调度策略。在一个半休眠周期结束时刻,如果缓冲区中等待的云用户请求数达到阈值N,虚拟机则由半休眠状态转入唤醒状态,以正常速率为云用户请求提供服务;否则,虚拟机将重新开始一次新的半休眠周期,持续为云用户请求提供低速服务。根据云虚拟机调度策略的原理,建立一个具有N策略和多重异步工作休假的多服务台排队模型。利用拟生灭过程和矩阵几何解方法,推导云用户请求平均逗留时间与系统节能率等性能指标。综合数值分析实验和系统仿真实验,评估云虚拟机调度策略的系统性能。构造成本函数,利用蚁群智能寻优算法,给出云虚拟机调度策略的优化方案。     

基于多目标优化的虚拟机放置方法

在虚拟机放置问题中,传统启发式方法不能完全适用于复杂的云计算环境,采用智能算法的研究又缺乏对时间开销的考虑。针对上述问题,提出一种基于Memetic算法的虚拟机放置(Memetic algorithm-based virtual machine placement MAVMP)方法。MAVMP方法针对云数据中心运营情况建立了最小化能耗、最小化运行时服务等级协议违例率(service level agreement violation time per active host, SLATAH)以及最大化资源利用率的多目标优化模型,将虚拟机按照资源请求情况进行分类,并利用该分类方法改进了Memetic算法,利用改进后的Memetic算法求解多目标优化模型,得到虚拟机放置方案。仿真实验结果表明,仿真数据中心利用MAVMP方法进行虚拟机放置后,其在能耗、资源利用率以及服务质量的评价指标上都有着良好表现。并且,MAVMP方法与已有的基于智能算法的虚拟机放置方法相比计算时间也大幅下降。     

云环境下基于冷点虚拟机迁移的热点消除方法

初始分配的虚拟机资源常常不能满足运行时服务的性能要求,导致资源利用率过高、响应时间过长等"热点"问题。为了消除热点以保障服务性能,传统方法主要包括资源扩展和虚拟机动态迁移,但还存在预留资源空间不足和虚拟机迁移代价过大等问题。针对上述问题,该文提出一种基于冷点虚拟机迁移的热点消除方法,即以冷点虚拟机为迁移对象,将其释放的资源分配给热点虚拟机,以保持热点服务的性能、降低热点消除代价,从而更好地满足服务等级协议约束,并通过实验证明该方法可行有效。     

SOA服务系统中基于虚拟机的QoS保证机制

利用虚拟机的隔离性、封装性、透明性等特点,提出了在服务系统上利用虚拟机中间件来实现服务系统的性能QoS和安全QoS,通过定义计算域、可信程序和节点负载来实现任务运行环境的选择,运行环境的隔离;通过形式化的方法证明了基于虚拟机运行环境的高安全性;通过虚拟机迁移技术实现计算域群内虚拟机的整体迁移以达其高效性。最后利用仿真实验验证了基于虚拟机中间件服务系统的高安全性和高效性。     

基于Rejuvenation的程序执行时间优化算法

Rejuvenation是为了防止软件老化而提出的一种主动性、预防性的软件容错策略．把定时Rejuvenation策略引入到执行时间有限的单任务程序中，分析了存在老化时，软件Rejuvenation对程序总执行时间所起的影响。仿真结果表明，定时的Rejuvenation策略能有效地避免软件老化带来的突发性失效，从而减少程序的执行时间。     

基于软/硬件协同的Java高效虚拟机设计

为完成高效的Java虚拟机(JVM)设计,采用软/硬件协同的FPGA设计方案,分析了软/硬件协同设计的Java虚拟机的处理流程,给出了硬软件的文境切换算法和协同设计方案,并采用JVM的基准程序进行了评估,评估结果表明：选择适当的体系结构及协同设计方法,JVM的性能会得到很大的提高.在虚拟机的常用方法加速不够的情况下,使用协同设计JVM将是比较理想的选择.     

一种嵌套的软件抗衰策略及其模型

该文针对软件在连续运行过程中普遍发生的老化现象，提出了一种嵌套的基于时间的软件抗衰策略，并采用Petri网来描述每次恢复的具体过程，采用有限状态自动机控制恢复次数，建立整个策略的实施过程模型。与传统的基于时间的软件抗衰策略不同，该策略在每次执行系统级恢复前首先执行N次的应用级恢复，从而减少了恢复时间，降低了抗衰成本和周期性应用级恢复策略预测失败的风险，提高了系统的可靠性。另外，该策略具有可扩展性，对于多种因素导致的性能衰退，可以执行多级嵌套的恢复。     

基于时间序列分析的应用服务器性能衰退模型

针对JUFrame应用服务器老化情况，设计了多种类型的客户请求程序和服务器端程序，记录了各种参数共计5类36个．对影响应用服务器中间件性能的主要指标“内存利用率”，采用时间序列分析方法建模，经采样数据的统计分析得出了自相关函数明显拖尾、偏自相关函数明显截尾的结果．模型的仿真结果表明，预测值与原始数据拟合良好，且可作为系统再生的依据，它适用于预测实际的运行系统．与其他软件老化预测方法比较，所提模型更切合系统的实际运行状况，有利于提高系统的可用率．     

一种支持在线迁移的虚拟机间快速通信方法

已有基于共享内存的虚拟机间通信方法不能在支持应用编程透明和虚拟机在线迁移的同时满足实现复杂度低的要求。针对该问题,面向同一物理计算机上多个虚拟机间的通信,提出了一种支持在线迁移的虚拟机间快速通信方法RLMCom,通过引入通信加速内核模块和改进已有虚拟机监控器,可构造出支持RLMCom的虚拟机系统。改进了连接建立、数据传输、连接关闭等关键流程以支持在线迁移。与现有基于共享内存的虚拟机间通信方法相比,该方法同时满足对用户和编程者透明、支持在线迁移且无需修改操作系统内核代码3个特点。分析表明,该方法可有效提高通信效率,保证虚拟机在线迁移时通信的正确性。     

虚拟现实技术在数控维修软件开发与教学中的应用

基于虚拟现实技术开发了数控维修软件系统,建立了数控机床模型和机床故障数据库。通过数据库之间的交互关系对数控机床故障诊断与排除方法进行了探究,并将开发的软件系统应用于实际的教学中。学习者可以根据系统提供的任务与故障来解决实际问题,提高了学生的认知能力,实现了虚拟与现实之间的优势互补。     

一种结合混淆思想的代码虚拟化保护方法

为了提高虚拟机软件保护方法的抗逆向效果,研究并实现了保护系统OB-VMP(obscure virtual machine protection)。在OB-VMP中,多套虚拟机环境被随机选择来执行构造的混淆基本块和关键代码,私有的虚拟环境使得混淆基本块难以去除;同时混淆基本块让攻击者难以定位关键代码和关键代码所基于的虚拟环境,提高了虚拟机的保护效果。另外,在被保护代码的不同执行阶段,字节码和不同的虚拟指令映射,攻击者不能基于累积的字节码知识进行后续分析,进一步增加了OBVMP的抗逆向效果。理论分析和实验结果显示:OB-VMP能够在较小时空消耗基础上,显著提高逆向分析的难度,提高软件的安全性。     

Information transfer model of virtual machine based on storage covert channel

Aiming at the problem that virtual machine information cannot be extracted incompletely, we extend the typical information extraction model of virtual machine and propose a perception mechanism in virtualization system based on storage covert channel to overcome the affection of the semantic gap. Taking advantage of undetectability of the covert channel, a secure channel is established between Guest and virtual machine monitor to pass data directly. The Guest machine can pass the control information of malicious process to virtual machine monitor by using the VMCALL instruction and shared memory. By parsing critical information in process control structure, virtual machine monitor can terminate the malicious processes. The test results show that the proposed mechanism can clear the user-level malicious programs in the virtual machine effectively and covertly. Meanwhile, its performance overhead is about the same as that of other mainstream monitoring mode.