[论文解读] Modeling the resilience of large and evolving systems

Mohamed Kaâniche, Paolo Lollini+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 25, 2012

Software System Performance and Reliability参考文献 39被引用 12

一句话总结

本文提出基于模型的定量技术，用于评估大规模演化系统（如网络服务和GPRS网络）的弹性，通过先进的建模方法解决可扩展性挑战。研究表明，可通过高效构建与管理分析性可靠性模型，实现在设计阶段对不同架构方案进行量化比较，经验证的案例研究展示了有效的弹性评估能力。

ABSTRACT

This paper summarizes the state of knowledge and ongoing research on methods and techniques for resilience evaluation, taking into account the resilience-scaling challenges and properties related to the ubiquitous computerized systems. We mainly focus on quantitative evaluation approaches and, in particular, on model-based evaluation techniques that are commonly used to evaluate and compare, from the dependability point of view, different architecture alternatives at the design stage. We outline some of the main modeling techniques aiming at mastering the largeness of analytical dependability models at the construction level. Actually, addressing the model largeness problem is important with respect to the investigation of the scalability of current techniques to meet the complexity challenges of ubiquitous systems. Finally we present two case studies in which some of the presented techniques are applied for modeling web services and General Packet Radio Service (GPRS) mobile telephone networks, as prominent examples of large and evolving systems.

研究动机与目标

• 解决在大规模、演化中的计算机化系统（如网页服务和移动网络）中评估弹性的挑战。
• 克服传统可靠性建模技术在应用于无处不在且复杂的系统时所面临的可扩展性限制。
• 开发并应用基于模型的评估方法，在设计阶段管理模型的规模。
• 在部署前实现对不同系统架构在弹性方面的定量比较。
• 通过网页服务和GPRS网络的实际案例研究，证明方法的实用性。

提出的方法

• 采用基于模型的评估技术，以表示大规模系统中的行为和故障传播。
• 采用分析性可靠性模型，量化可用性与恢复时间等弹性指标。
• 应用抽象与分解技术，以管理模型复杂性并减少状态空间爆炸问题。
• 使用连续时间马尔可夫链（CTMCs）或类似的随机过程，对系统动态与故障转换进行建模。
• 通过分层与模块化建模，支持系统组件间的可扩展性与可重用性。
• 通过网页服务和GPRS移动网络的案例研究验证建模方法，展示模型构建与分析的工作流程。

实验结果

研究问题

• RQ1 在高复杂度的大规模演化系统中，如何实现弹性的定量评估？
• RQ2 哪些建模技术能有效管理分析性可靠性模型中的状态空间爆炸问题？
• RQ3 基于模型的方法在多大程度上可支持弹性方面架构方案的设计阶段比较？
• RQ4 抽象与模块化在多大程度上提升了真实系统中弹性建模的可扩展性？
• RQ5 所提出的方法能否有效应用于网页服务和移动网络等多样化的大规模系统？

主要发现

• 所提出的基于模型的方法成功管理了大规模系统模型的复杂性，实现了可扩展的弹性评估。
• 抽象与模块化分解显著减少了分析性模型的状态空间，提升了可处理性。
• 对网页服务和GPRS网络的案例研究证明了该建模方法在真实场景中的可行性与有效性。
• 该方法可基于可用性与恢复时间等弹性指标，实现对不同架构设计的定量比较。
• 结果证实，基于模型的技术在系统部署前评估弹性方面具有可行性。
• 该方法支持在设计阶段早期发现弹性薄弱环节，从而提升系统可靠性。