软件动态执行网络建模及其级联故障分析

随着人们对软件功能需求的不断增加,软件系统的结构和规模越来越复杂。如何对复杂软件系统的拓扑结构及其质量进行有效分析和评估是软件工程中亟待解决的难题。采用复杂网络理论对软件系统进行建模和求解,将软件源代码中的函数作为节点,函数之间的调用关系看作有向边,函数调用次数作为边的权重,提出了一种软件动态执行加权网络模型的构建方法。通过对TAR、GEDIT、EMACS这3个开源软件系统的建模及网络特征分析,发现软件系统动态执行的加权拓扑网络满足小世界效应和无标度特性,即符合复杂网络特性。基于此结论,进一步利用CML(耦合映像格子)网络故障传播模型对软件系统的级联效应进行了模拟,通过实验发现了影响软件级联故障的主要因子,这些因子为软件质量保证等研究提供了重要支持。     

基于时间Petri网的嵌入式系统中断建模与验证

嵌入式系统为中断驱动系统,但中断触发的随机性和不确定性导致中断缺陷很难被追踪发现,并且一旦发生中断故障,往往会使整个嵌入式系统陷入崩溃。因此必须保证中断系统软件的可信性,但是目前缺乏有效的中断系统资源冲突检测方法。针对上述问题,文中首先提出了一种基于时间Petri网的中断系统建模方法,其能够对中断的并发性和时间序列进行有效建模。然后,为方便后续形式化验证,将时间Petri网模型转化为与之等价的时间自动机模型,并提出一种符号编码方法对时间自动机进行形式化编码,将系统模型与所需验证性质编码为一阶谓词逻辑公式,从而能够通过SMT对时间自动机的不变属性进行BMC验证。最后,通过SMT求解器Z3进行实验,实验结果证明了所提方法的有效性。     

基于层次化时间STM软件设计的形式化验证

状态迁移矩阵(State Transition Matrix,STM)是一种基于表结构的程序建模语言。事件变量类型单一,事件和状态数量的增加很容易造成状态空间爆炸问题,无法表达具有时间语义的软件系统等原因,极大限制了该建模方法的推广应用。文中针对这些问题,首先提出层次化时间状态迁移矩阵(Hierarchical Time State Transition Matrix,HTSTM)模型,用于设计、建模和验证具有时间条件约束的软件系统,并给出形式化表示方法。基于该表示方法提出一种符号化编码方法,采用有界模型检测思想将需要验证的LTL性质输入SMT(Satisfiability Modulo Theories)求解器进行验证,从而在一定程度上证明了软件设计的正确性。     

模型检测中状态爆炸问题研究综述

模型检测已成为保证软件系统正确性和可靠性的重要手段,但随着软件功能日益强大,其规模和复杂度也越来越大,在模型检测过程中容易产生状态爆炸问题。如何解决模型检测中的状态爆炸,已成为工业界和理论界无法回避的重要课题。系统地综述模型检测领域解决状态爆炸问题的关键技术和主要方法,并提出该领域的最新研究进展与方向。