Model checking techniques for runtime testing and QoS analysis

Abstract

Los sistemas software y hardware se encuentran cada vez más presentes en nuestras vidas, en multitud de campos de aplicación y de cualquier tamaño. El análisis de estos sistemas es una tarea dura pero necesaria para garantizar que cumplan con sus requisitos. Estos requisitos pueden ser de varios tipos, como evitar comportamientos erróneos u ofrecer un rendimiento satisfactorio.

Existen muchas técnicas y herramientas diseñadas para atacar este problema. Por lo general, se aplican distintas técnicas dependiendo del tipo de sistema, fase de desarrollo o tipo de análisis. El model checking es una de estas técnicas de análisis. Un model checker analiza el espacio de estados de un sistema para comprobar si el sistema cumple una propiedad dada. Sin embargo, según aumenta la complejidad del sistema a analizar, su espacio de estados crece rápidamente, hasta llegar a un punto en el que no es factible analizarlo.

En esta tesis proponemos una solución integrada basada en model checking para analizar sistemas cuyo comportamiento pueda ser observado en forma de trazas de ejecución. Hemos llamado a esta solución OptySim. Nuestra solución permite acceder a sistemas externos de una forma uniforme, permitiendo realizar distintos tipos de análisis sobre diferentes tipos de sistemas de una forma más homogénea.

OptySim trata con un conjunto de trazas de ejecución, que representan un subconjunto del espacio de estados completo del sistema. Para obtener dichas trazas el sistema se ejecuta repetidas veces, posiblemente variando parámetros del sistema de acuerdo a las instrucciones del usuario, generándose una traza por cada ejecución. El contenido de las trazas depende de cada sistema, y además puede variar dependiendo de las necesidades del análisis. Para ello se pueden aplicar una de las proyecciones que se han definido, y que transforman trazas completas en trazas abstractas con una menor, pero suficiente para los propósitos del análisis, cantidad de información.

El análisis está guiado por uno o más objetivos establecidos por el usuario, tales como asertos o fórmulas de lógica temporal (LTL), y que le dan al análisis el significado pretendido por el usuario. Los objetivos pueden indicar tanto propiedades deseables del sistema, por ejemplo una meta de rendimiento, como propiedades que no deben ocurrir, por ejemplo una condición de error.

OptySim se ha aplicado a varios casos de estudio en varias áreas y con distintos propósitos, para demostrar su utilidad. En primer lugar se ha integrado con el simulador de redes ns-2, para análisis de fiabilidad y rendimiento, optimización de parámetros, y validación y ajuste de modelos. Para el segundo grupo de casos de estudio, se ha integrado con una máquina virtual de Java para analizar programas escritos en dicho lenguaje de programación. En esta ocasión, todos los casos de estudio están enfocados a la depuración de programas.