基于小波數(shù)據(jù)平滑的計(jì)算系統(tǒng)性能衰退規(guī)律建模

摘要：為了對(duì)特定計(jì)算系統(tǒng)的性能衰退程度進(jìn)行診斷，需要分析出系統(tǒng)資源耗費(fèi)規(guī)律，這一過程是整個(gè)數(shù)據(jù)分析的重點(diǎn)。本文采用小波的數(shù)據(jù)平滑技術(shù)，對(duì)影響系統(tǒng)性能的相關(guān)資源數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)計(jì)算系統(tǒng)的性能診斷進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞：計(jì)算系統(tǒng)；小波；數(shù)據(jù)平滑；性能衰退

中圖分類號(hào)：TP311.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TP311.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9599 （2012） 22-0000-02

1 引言

在最近的很多研究中討論了“軟件衰老”現(xiàn)象。軟件衰老是指伴隨著軟件的運(yùn)行，系統(tǒng)資源逐漸耗盡或運(yùn)行錯(cuò)誤逐漸積累所導(dǎo)致的系統(tǒng)性能持續(xù)下降乃至掛起停機(jī)的現(xiàn)象。軟件衰老現(xiàn)象是軟件可靠性的大敵，有著非常嚴(yán)重的危害作用。

軟件衰老的主要原因是軟件系統(tǒng)中兩種Bug的廣泛存在：

（1）Heisenbug[1]是那種僅當(dāng)多個(gè)特定事件均得到滿足的情況下才出現(xiàn)故障的Bug。比如，一串特定的操作以后的下一個(gè)特定操作如果發(fā)生時(shí)才會(huì)出現(xiàn)的Bug。在試圖重復(fù)執(zhí)行時(shí)，這類Bug卻不一定會(huì)再次發(fā)生，因?yàn)榇藭r(shí)，很多隱含未知的環(huán)境條件都已不同了，所以這也被稱為“臨時(shí)性故障NoHeisenbug具有相當(dāng)?shù)碾[蔽性，幾乎不可能被排除。（2）致使資源耗竭的Bug編程中的一些缺陷可能會(huì)導(dǎo)致資源耗竭的故障，常見的有硬盤交換分區(qū)被填滿、內(nèi)存耗盡等等。這些缺陷往往是由內(nèi)存泄漏或是對(duì)用過的資源釋放清理不完全而造成的。這是一般編碼中常見的問題，但在一般的開發(fā)和測試過程中，往往因其不造成程序執(zhí)行中斷等表象特征而很難被完全發(fā)現(xiàn)，廣泛存在于各種操作系統(tǒng)中。在某些大效據(jù)量大負(fù)載的實(shí)際應(yīng)用環(huán)境下，很容易成為軟件衰老的重要原因。

由以上可知，計(jì)算系統(tǒng)的復(fù)雜化趨勢致使系統(tǒng)的維護(hù)和性能的保持變得越來越困難，系統(tǒng)衰退現(xiàn)象已不可避免。計(jì)算系統(tǒng)軟件抗衰技術(shù)是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展衍生出的一個(gè)新的研究方向，它涉及系統(tǒng)性能檢測、故障診斷、軟件工程及可靠性分析等方面?？紤]到軟件老化的實(shí)質(zhì)就是系統(tǒng)資源的枯竭，本文主要針對(duì)當(dāng)前計(jì)算機(jī)運(yùn)行過程中普遍出現(xiàn)的性能衰退現(xiàn)象，對(duì)特定計(jì)算系統(tǒng)的性能衰退程度進(jìn)行診斷，主要對(duì)影響系統(tǒng)性能的相關(guān)資源數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，分析出系統(tǒng)資源耗費(fèi)規(guī)律，以便對(duì)系統(tǒng)性能衰退的檢測和量化，以及系統(tǒng)性能的預(yù)測等。

2 小波數(shù)據(jù)平滑技術(shù)

資源監(jiān)測工具采集到的資源使用數(shù)據(jù)是一組時(shí)序數(shù)據(jù)，由于計(jì)算系統(tǒng)在運(yùn)行過程中存在各種無法預(yù)知或排除的干擾，這組時(shí)序數(shù)據(jù)中也就不可避免地存在著噪聲。因此在確定系統(tǒng)資源的耗費(fèi)規(guī)律前，有必要對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，去掉孤立點(diǎn)、跳躍以及不連續(xù)等噪聲。

小波分析（Wavelet Analysis）理論[2]是80年代后期發(fā)展起來的一種新興信號(hào)處理方法。小波分析的應(yīng)用是與小波分析的理論研究緊密地結(jié)合在一起的，它的重要方面是圖像和信號(hào)處理?，F(xiàn)今，信號(hào)處理已經(jīng)成為當(dāng)代科學(xué)技術(shù)工作的重要部分，信號(hào)處理的目的就是：準(zhǔn)確的分析、診斷、編碼壓縮和量化、快速傳遞或存儲(chǔ)、精確地重構(gòu)（或恢復(fù)）。從數(shù)學(xué)地角度來看，信號(hào)與圖像處理可以統(tǒng)一看作是信號(hào)處理（圖像可以看作是二維信號(hào)），在小波分析的許多應(yīng)用中，都可以歸結(jié)為信號(hào)處理問題?，F(xiàn)在，對(duì)于其性質(zhì)隨時(shí)間是穩(wěn)定不變的信號(hào)，處理的理想工具仍然是傅立葉分析。但是在實(shí)際應(yīng)用中的絕大多數(shù)信號(hào)是非穩(wěn)定的，而特別適用于非穩(wěn)定信號(hào)的工具就是小波分析[3]。事實(shí)上小波分析的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，歸納如下：

（1）小波分析用于信號(hào)與圖像壓縮是小波分析應(yīng)用的一個(gè)重要方面。它的特點(diǎn)是壓縮比高，壓縮速度快，壓縮后能保持信號(hào)與圖像的特征不變，且在傳遞中可以抗干擾。基于小波分析的壓縮方法很多，比較成功的有小波包最好基方法，小波域紋理模型方法，小波變換零樹壓縮，小波變換向量壓縮等。（2）小波在信號(hào)分析中的應(yīng)用也十分廣泛。它可以用于邊界的處理與濾波、時(shí)頻分析、信噪分離與提取弱信號(hào)、求分形指數(shù)、信號(hào)的識(shí)別與診斷以及多尺度邊緣檢測等。（3）在工程技術(shù)等方面的應(yīng)用。包括計(jì)算機(jī)視覺、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、曲線設(shè)計(jì)、湍流、遠(yuǎn)程宇宙的研究與生物醫(yī)學(xué)方面?；谛〔ǘ喾直媛史治鏊枷耄疚膶⒑性肼暤南到y(tǒng)性能數(shù)據(jù)進(jìn)行分解、重構(gòu)，利用降噪函數(shù)進(jìn)行平滑處理[4]。在此采用Haar小波進(jìn)行多分辨分析。

3 性能衰退規(guī)律模型

用合適的值取代孤立點(diǎn)和跳躍點(diǎn)；如果jumpNum=0并且outlierNum=0，則轉(zhuǎn)到（3），否則，如果j>0 則j減1，SET A=A（aj，k）and B=B（aj，k）轉(zhuǎn)到（2），否則跳轉(zhuǎn)到（3）。

（3）本文研究的資源監(jiān)測系統(tǒng)采集到的軟件系統(tǒng)資源耗費(fèi)參數(shù)數(shù)據(jù)，通常具備周期性的特點(diǎn)，因此我們以均值來取代噪聲數(shù)據(jù)終止。

4 結(jié)語

本文對(duì)系統(tǒng)的性能衰退特征進(jìn)行了論述，計(jì)算系統(tǒng)的復(fù)雜化趨勢致使系統(tǒng)的維護(hù)和性能的保持變得越來越困難，系統(tǒng)衰退現(xiàn)象已不可避免。介紹了基于小波數(shù)據(jù)平滑，該算法對(duì)影響系統(tǒng)性能的相關(guān)資源數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并對(duì)性能數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，去除噪聲和孤立點(diǎn)等，進(jìn)而分析出系統(tǒng)資源耗費(fèi)規(guī)律，便于對(duì)計(jì)算系統(tǒng)的性能進(jìn)行診斷。

參考文獻(xiàn)：

[1]Avizienis A.，Laprie J.C，Randell B.Fundamental Concepts of Dependability[R].LAAS Technical Report No.01-145，2001.