面向服务组合程序的故障定位与修复技术研究

In recent years, service compositions are widely used to coordinate loosely coupled services that are often deployed and run on an open environment, in order to implement complex business processes. Unlike traditional programs such as those written in C or Java, service compositions are normally represented using XML-based grammars with respect to a specific programming and execution mode, which invokes heterogeneous services written in different programming languages via standard communication protocols, and supports concurrency and synchronization. Existing program debugging techniques are not directly applicable to service compositions due to these new features mentioned above, and thus such a new style of programs calls for novel debugging theories. ..This project aims to investigate the challenging issues of debugging service compositions, and explore multi-stage fault localization techniques and search-based fault repairing techniques for service compositions based on our previous work in this area. This project will put more efforts on key issues of fault localization and repairing for service compositions, such as developing a debugging model and framework for service compositions, debugging-specific behavior analysis techniques of service compositions, fault localization techniques for service compositions using predicate switching and program slicing, and fault repairing techniques for service compositions using mutation analysis and repairing templates. Based on the theoretical research results, this project will further develop a prototype tool to aid the proposed debugging techniques for service compositions. Case studies and mutation analysis will be employed to validate the feasibility and effectiveness of the proposed techniques. The research results of this project are expected to effectively address the challenging issues of fault localization and repairing of service compositions, and improve the efficiency of debugging service compositions. As a consequence, this project will deliver a novel debugging theory and supporting tool for developing reliable service centric systems.

服务组合通过将部署与运行于开放环境中松散耦合的服务协调起来实现复杂的业务流程。与传统程序相比，服务组合程序具有不同的编程模型与执行方式、基于XML的语法表示、通过标准的通讯协议调用服务、支持并发与同步等新特性，现有的调试技术无法直接应用于服务组合这类新型程序。本课题旨在研究适用于服务组合程序的高效新型调试理论，探索面向服务组合程序的分阶段故障定位与基于搜索的服务组合程序故障修复技术，重点解决服务组合程序的调试模型与框架、面向调试的服务组合程序行为分析方法、面向服务组合程序的谓词切换和程序切片故障定位方法、基于变异分析和修复模板相结合的服务组合程序故障修复方法等关键问题，研制服务组合程序的调试支持工具，采用实例研究与变异分析验证提出的故障定位与修复技术的可行性与有效性。预期研究成果可有效解决服务组合程序的调试难题，提高服务组合程序的调试效率，为开发可靠的服务软件提供新型调试理论和工具支持。

面向服务的架构广泛用来开发大型分布式系统。由于采用不同的编程模型与执行方式、基于XML的语法表示、通过标准的通讯协议调用服务、支持并发与同步等特点，服务组合程序的调试面临挑战。项目系统地研究了服务组合程序的故障定位与修复的关键问题，取得了如下成果:.（1）面向服务组合程序的调试模型与分阶段故障定位技术：1）基于块的BPEL程序集成层故障定位的框架；2）基于谓词切换与程序切片相结合的BPEL程序故障定位技术；3）基于变异分析的BPEL程序故障定位技术。.（2）基于搜索的服务组合程序的故障修复技术及优化策略：1）基于模板匹配的BPEL程序故障修复框架；2）多种减少开销的故障修复优化策略。.（3）面向服务组合程序的故障定位与故障修复支持平台研制：1）基于谓词切换与切片分析相结合的BPEL程序故障定位工具；2）基于变异分析的BPEL程序故障定位工具；3）基于模板匹配的BPEL程序故障修复支持工具。.（4）面向微服务组合程序的故障定位技术与支持工具：1）基于统计分析与执行轨迹相结合的微服务组合程序故障定位技术；2）基于日志轨迹群束的微服务组合程序故障定位技术；3）面向微服务组合程序的故障定位支持工具。.（5）面向微服务系统的故障恢复方法与支持平台：1）监控与统计分析相结合的微服务故障实时检测技术；2）基于消息重播的业务流程正向恢复技术；3）微服务系统实时故障检测与正向故障恢复支持平台。.（6）基于日志的分布式系统故障定位技术与支持工具：1）基于日志的分布式系统故障定位技术框架；2）基于日志的分布式系统故障定位技术支持工具。.研究成果在国内外重要期刊和国际会议论文集上发表学术论文 25篇，在审/返修论文5篇；技术报告6篇；授权国家发明专利4项；登记计算机软件著作权2项；培养研究生15人；获全国服务创新大赛二等奖2项；承办/协办全国/国际会议4次、在国际会议上宣读论文4次、应邀做学术报告 13 次，邀请国内外学者来校交流 4 次、参加全国会议73 人次。项目提出的一系列面向服务组合程序的故障定位与故障修复方法及其支持工具，为服务组合程序的调试提供了理论与工具支撑。