云计算环境下软件可靠性和安全性理论、技术与实证研究

Software reliability and security are critical to the wide application of cloud computing paradigm. Unfortunately, existing software reliability and security mechanisms cannot comprehensively address the emerging challenges faced by the software in cloud computing environments. This project will tackle the challenges in enhancing the reliability of security of cloud computing software systems. It not only focuses on the software in the cloud per se in enhancing its reliability of security, but also brings clients and the communication channels into considerations. Via analyzing tremendous software runtime data, this project aims at combating software faults and security holes that jeopardize software reliability and security during system runtime. Specifically, we will provide a systematic way in which faults and security threats can be effectively avoided online via proper software migrations, tolerated via adaptive mechanisms optimized according to the runtime environments, and eventually localized and removed via user QoS (Quality of Service) data analysis. Finally, our research outputs will also be implemented as a set of open-source tools, and released to the community.

可靠、安全的软件是云计算广泛应用的关键，但现有软件可靠性和安全性机制无法有效应对云计算环境下软件系统规模化、复杂化，以及软件服务多样化、公用化带来的挑战。为此，本项目以云-端融合为切入点，将用户（即端）及通信通道（如互联网）纳入云计算环境下的软件可靠性和安全性建模，进而以软件运行时演化理论与技术为基础，重点突破可靠性和安全性的“防-容-除”关键技术：在“防”方面，扩展以编码级别为主的传统机制，提出系统级别的新（运行时）机制，通过迁移程序逻辑使软件适应计算资源的可靠性及数据资源的安全性；在“容”方面，改变设计时固化策略的传统方法，提出运行时动态优化容错策略及其关键参数的新方法；在“除”方面，扩大以应对功能性故障为主的传统视角，研究与使用质量相关故障的处理措施。研究成果将物化为开源工具，并经真实云平台与典型应用实际验证，保证研究成果的开放和实效。

可靠、安全的软件是云计算广泛应用的关键，但现有软件可靠性和安全性机制无法有效应对云计算环境下软件系统规模化、复杂化，以及软件服务多样化、公用化带来的挑战。为此，本项目以云-端融合为切入点，将用户（即端）及通信通道（如互联网）纳入云计算环境下的软件可靠性和安全性建模，进而以软件运行时演化理论与技术为基础，重点突破可靠性和安全性的“防-容-除”关键技术。在故障预防方面，项目主要从软件测试方面、编程自动化、安全编程语言和安全设计几个方面进行研究来预防可靠性事件的发生。在容错方面，项目主要通过主副版本容错、服务计算的质量保证方面来研究如何降低云服务可靠性问题带来的影响；在故障侦测和除错方面，我们主要从基于日志分析、自动错误修复、故障修复辅助查询、性能故障排除、用户使用反馈等方面进行研究并取得了很多关键突破。..项目执行期间共发表（含已接收）项目期间共发表55篇论文，其中CCF A类17篇，B类20篇，包括软件工程顶级会议ICSE 5篇、FSE 3篇、ASE 3篇，软件工程顶级期刊TSE 1篇，系统可靠性旗舰会议DSN 3篇，系统可靠性顶级期刊TDSC 2篇，以及其它系统领域顶级期刊TPDS 1篇和TSC 1篇。我们的项目研究成果在微软、华为、腾讯等公司的一些服务系统上进行了实际验证和应用，帮助这些系统提升了可靠性水平。其中，我们的日志打点和日志聚类技术应用在微软的软件开发和故障分析工具上；基于日志的故障分析技术应用在华为的固网系统等产品线上；基于用户评论的故障检索技术应用于腾讯的微信系统上。我们的部分项目研究成果已发布为开源工具，并且获得了学术界和工业界的广泛好评。