Envelhecimento de software utilizando ensaios de vida acelerados quantitativos

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de ProduçãoEste trabalho apresenta uma abordagem sistematizada para acelerar o tempo de vida de sistemas que são acometidos pelos efeitos do envelhecimento de software. Estudos de confiabilidade voltados para estes sistemas necessitam realizar a observação dos tempos de falhas causadas pelo envelhecimento de software, o que exige experimentos de longa duração. Esta exigência cria diversas restrições, principalmente quando o tempo de experimentação implica em prazos e custos proibitivos para o estudo. Neste sentido, este trabalho apresenta uma proposta para acelerar a vida de sistemas que falham por envelhecimento de software, reduzindo o tempo de experimentação necessário para observar as suas falhas, o que reduz os prazos e custos das pesquisas nesta área. A fundamentação teórica deste estudo contou com um arcabouço conceitual envolvendo as áreas de dependabilidade computacional, engenharia de confiabilidade, projeto de experimentos, ensaios de vida acelerados e o estudo da fenomenologia do envelhecimento de software. A técnica de aceleração adotada foi a de ensaios de degradação acelerados, a qual tem sido largamente utilizada em diversas áreas da indústria, mas até o momento não tinha sido usada em estudos envolvendo produtos de software. A elaboração dos meios que permitiram aplicar esta técnica no âmbito da engenharia de software experimental, abordando especialmente o problema do envelhecimento de software, é a principal contribuição desta pesquisa. Em conjunto com a fundamentação teórica foi possível avaliar a aplicabilidade do método proposto a partir de um estudo de caso real, envolvendo a aceleração do envelhecimento de um software servidor web. Dentre os principais resultados obtidos no estudo experimental, destaca-se a identificação dos tratamentos que mais contribuíram para o envelhecimento do software servidor web. A partir destes tratamentos foi possível definir o padrão de carga de trabalho que mais influenciou no envelhecimento do servidor web analisado, sendo que o tipo e tamanho de páginas requisitadas foram os dois fatores mais significativos. Outro resultado importante diz respeito à verificação de que a variação na taxa de requisições do servidor web não influenciou o seu envelhecimento. Com relação à redução no período de experimentação, o método proposto apresentou o menor tempo em comparação aos valores previamente reportados na literatura para experimentos similares, tendo sido 3,18 vezes inferior ao menor tempo encontrado. Em termos de MTBF estimado, com e sem a aceleração do envelhecimento, obteve-se uma redução de aproximadamente 687 vezes no tempo de experimentação aplicando-se o método proposto. This research work presents a systematic approach to accelerate the lifetime of systems that fail due to the software aging effects. Reliability engineering studies applied to systems that require the observation of time to failures caused by software aging normally require a long observation period. This requirement introduces several practical constraints, mainly when the experiment duration demands prohibitive time and cost. The present work shows a proposal to accelerate the lifetime of systems that fail due to software aging, reducing the experimentation time to observe their failures, which means smaller time and costs for research works in this area. The theoretical fundamentals used by the proposed method were based on concepts of the following areas: computing dependability, reliability engineering, design of experiments, accelerated life tests and the software aging phenomenology. The lifetime acceleration technique adopted was the quantitative accelerated degradation test. This technique is largely used in several industry areas, however until the moment it hadn't been used in the software engineering field. The specification of means that allowed applying this technique to the experimental software engineering area, especially to approach the software aging problem, it is considered the main contribution of this research work. Also, it was possible to evaluate the applicability of the proposed method in a case study related to the software aging acceleration of a real web server. An important result was the identification of treatments that contributed to the web server aging. Based on these treatments was possible to define a workload standard that most influenced the aging effects on the web server analyzed, where the page size and page type were two significant factors. Another important result of this case study is regarding the request rate variability, that hadn't influence on the aging of the investigated web server software. Regarding the reduction of the experimentation period, the proposed method showed a shorter duration than values from similar experiments previously published, being 3.18 times less than the shorter experimentation time found in the literature. In terms of MTBF estimates, obtained with and without the aging acceleration, it was possible to achieve a reduction of approximately 687 times of the experimentation time using the proposed method