N-Version Programming Paulo Henrique Zanin

Roteiro N-Version Proramming: A Foult-Tolerance Approach to Reliability of Software Operation. (Liming Chen and Algirdas Avizienis)‏ Software Reliability Measureents in N-Version Software Execution Environment. (Michael R. Lyu)‏ Managing Redundancy in CAN-based networks supporting N-Version Programming. (Julián Proenza, José Miro-Julia and Hans Hansson)‏

N-Version Programming: A Foult-Tolerance Approach to Reliability of Software Operation (Liming Chen and Algirdas Avizienis)

Introdução Programação n-versões é um método para prevenção de defeitos na qual são criado vários módulos contendo a mesma funcionalidade. Em 1966, em um seminário da IEEE, ocorreu o primeiro debate sobre o viabilidade desta técnica. Em 1975, foi criado um projeto de pesquisa, intitulado N-Version Programming, para realmente verificar a viabilidade desta abordagem.

Programação N-Versões Definida como a geração independente de duas ou mais funcionalidade equivalentes no mesmo programa. A junção destas n-versões é chamada de unidade de software; Programação independente, onde distinto esforços são empregados a programação destas versões.

Programação N-Versões Especificação inicial deve possuir: A funcionalidade que todas as versões devem possuir; O formato dos dados para a comparação e o mecanismo de sincronização destes dados; Os pontos de checagem dos dados; A forma de escolha do resultado (votação ou comparação).

Programação N-Versões Para a criação de uma unidade de software com N-Versões é necessária a criação de um supervisor (driver). Este supervisor irá coordenar a execução destas versões e após coordenar o recebimento dos resultados para votação. Cada versão retorna um vetor, o qual possuí os valores a serem votados, além de informações refentes a execução de cada versão.

Programação N-Versões Mecanismo de sincronização: Serve para as versões indicarem ao supervisor que seus resultados estão prontos; Serve também para o supervisor evitar a votação dos resultados ocorra antes que alguma versão não tenha enviado seus resultados;

Programação N-Versões Após o recebimento dos resultados de cada versão o supervisor deverá levar em consideração: Se todos as versões entregaram o resultado dentro do tempo especificado; Se os resultados concordam ou discordam;

Comparação Apresenta uma comparação realizada entre a Programação N-Versões e com a abordagem de blocos de recuperação. Blocos de recuperação possuí vantagem na evolução do sistema. Desvantagem é que um bloco de recuperação somente vai ser executado após a obtenção de uma saída incorreta de outro bloco;

Comparação Devido a isto, a abordagem da programação N-Versões oferece algumas vantagens; Não há atraso na operação, pois os blocos são executados em paralelos, havendo assim um mascaramento do defeito;

Implementação – Voto Inexato Concepção de diferentes processos de votação para tratar de resultados não idênticos Para cálculos numéricos dois tipos de desvios podem aparecer nos resultados: Esperado: que pode acontecer pela representação inexata de hardware ou devido ao informações especificas do algoritmo; Inesperado: ocorre devido a uma concepção inadequada, ou pela mal implementação do algoritmo, ou ainda pelo mal funcionamento do hardware.

Implementação – Voto Inexato Existem duas alternativas que podem ser aplicadas neste voto inexato: Adaptativa: Atribuir pesos aos resultados recebidos; Com isso a intenção é fornecer resultados aceitáveis e diminuir o efeito destes resultados discordarem; Resultado desta função gera um ruído; Caso esta saída servir de entrada para outras computações este ruído poderá causar problemas sérios.

Implementação – Voto Inexato Não-adaptativa: Determinar um intervalo permitido para estes resultados. Desvantagem: Este intervalo é difícil de ser determinado dinamicamente para cada instância de votação. Não existe uma estratégia de voto inexato que possa ser aplicado para todos os casos de forma satisfatória.

Viabilidade RATE: Também aplicada com 3-versões. MESS: Esta técnica foi aplicada com 3-versões. Mostrou-se relativamente simples, podendo ser generalizada para outras aplicações similares.

Esta técnica é relativamente simples. Eficaz na prevenção de defeitos. Conclusão Esta técnica é relativamente simples. Eficaz na prevenção de defeitos.

Software Reliability Measureents in N-Version Software Execution Environment. (Michael R. Lyu)‏

Introdução NVP é uma abordagem que esta ganhando bastante aceitação em áreas de aplicações criticas. Mas ainda há muitas questões controversas quanto a eficácia desta técnica no aumento de confiabilidade. Neste artigo são apresentadas as N-versões de um projeto obtido a partir de seis linguagem diferentes, e avaliar aspectos de confiabilidade dos resultados obtidos.

Introdução As linguagens de implementação destas N-versões são ADA, C, Pascal, Modula-2, Prolog, T. A aplicação para a qual estas implementação foi desenvolvida é um piloto automático para a aterrissagem de aviões comerciais.

Introdução

Testes Foram realizados três fases de testes, testes de unidade, integração e de aceitação. Durante o ciclo de vida deste projeto 93 falhas foram encontrada. Algumas falhar ocorridas foram devido ao mal entendimento das especificações iniciais, por parte dos programadores. As linguagem de programação orientadas a objetos parecem herdar menos defeitos do que outras linguagens de programação.

Testes

Sistema de simulador de vôo

Conclusão Ao final de todas estas execuções pode-se realmente demonstrar a potencial capacidade de melhoria na confiabilidade de um software desenvolvido a partir da programação com n-versões.

Managing Redundancy in CAN-based networks supporting N-Version Programming. (Julián Proenza, José Miro-Julia and Hans Hansson)‏‏

Introdução Implementação de Miro-Julia: As versões são executadas em computadores distintos. Quando cada uma das versões concluí seu processamento envia broadcast o resultado. Estes resultados são enviados através da rede por um equipamento especial denominado NVXP (N-Version Executivo Processor). O qual é anexado em cada computador para gerenciar esta comunicação.

Introdução

Introdução Propõem eliminar a inconsistência citada: Pelo fator baixo custo requerido, optou-se por utilizar computadores normais onde as versões são executas. Devido ao custo, a confiabilidade e ao desempenho em tempo real, eles utilizaram Control Area Network (CAN) protocol. Além destas alterações no hardware também foi criado um novo software para o gerenciamento de redundância desta arquitetura. Desenvolvem um novo projeto para o NVXP, chamado de RCMB (Redundancy and Communication Management Boards).

Arquitetura Proposta Limites de contenção de erros: É um mecanismo que procura impedir que uma falha ocorrida em um determinado nó não se propague, impedindo que ocorram erros. Controller Area Network (CAN) protocol, pois oferece uma transmissão confiável. É utilizada a topologia de barramento devido a vantagem de reduz o custo e facilidade de extensibilidade da rede.

Arquitetura Proposta

Conclusão A partir destas mudanças realizadas foi possível solucionar a inconsistência que o projeto do Miro-Julia possuía. Com esta abordagem proposta diminui-se possíveis ocorrências de falhas de comunicação.

N-Version Proramming Paulo Henrique Zanin