《基於複雜網路的作業系統演化與結構穩定性研究》是依託北京航空航天大學，由王雷擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於複雜網路的作業系統演化與結構穩定性研究
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：王雷
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
大量實證研究表明，大型軟體的內部拓撲結構具有小世界和無標度等複雜網路特徵，本項目將複雜網路理論與軟體演化研究相結合，進行以下研究：1、以作業系統的內部拓撲結構為研究對象，探索作業系統中複雜網路的形成機理和演化規律，從生成論的角度提出適於作業系統的演化模型；2、以作業系統演化模型為基礎，綜合靜態（複雜網路的各種特徵值）和動態（代碼變更傳播規律）兩方面因素，提出一個軟體結構穩定性評估模型；3、研究複雜網路特徵、代碼變更傳播與軟體結構穩定性的量化關係，發現演化過程中影響結構穩定性的內在模式及其形成機理；4、結合滲透理論，分析代碼變更傳播的雪崩效應，研究在作業系統演化過程中結構穩定性的臨界狀態及其預測方法。本項目的研究有助於科學、全面地認識軟體演化的本質規律，為將來軟體系統的最佳化提供可靠依據。
結題摘要
本課題將複雜網路理論與軟體演化研究相結合，探索軟體系統中複雜網路的形成機理和演化規律，以及代碼變更傳播與軟體結構的關係。主要完成以下科研成果： 1. 基於Linux函式調用圖，計算了作業系統函式調用網路結構的特徵。通過對函式調用圖中出入度分布不對稱性的分析，我們發現函式之間基於度和年齡的偏好依附是形成作業系統網路特徵的關鍵，該項發現更合理地解釋了軟體網路的形成和演化機理。以此為基礎，我們提出了基於函式年齡的αβ演化模型，很好地模擬了Linux作業系統的演化過程。同時，我們對作業系統中函式生命周期進行了分析，發現其符合指數分布。這些工作為作業系統演化的預測奠定了良好的基礎。 2. 為了量化分析代碼變更傳播與軟體結構的關係，我們提出了邊的不穩定性和傳播範圍等概念，並發現軟體網路的特徵與經典的BA、ER模型有很大區別。通過對這些軟體網路數據的分析，我們發現聚類係數和邊的不穩定性對函式變更傳播有重大影響，並設計了一個能夠調節聚類係數和邊的不穩定性的模型。該模型展示，在同等條件下邊的不穩定性對變更傳播的影響要超過聚類係數，因此邊的不穩定性更深刻地描述了影響變更傳播的網路結構特徵。 3. 受網路魯棒性研究的啟發，我們定義了新的軟體魯棒性概念。對軟體網路套用了邊的度、邊的不穩定性、隨機等三種移除策略，研究了在不同移除策略下的軟體魯棒性。通過研究發現，邊的不穩定性對軟體魯棒性的影響要遠大於其他兩種策略。在我們將這項成果套用於一些社交網路時發現它同樣有效。 4. 由於涉及大量數據處理工作，本課題還對檔案系統、Key-value存儲系統和作業系統的噪聲等方面進行了最佳化。 截止2016年12月，已發表論文16篇。在國內外重要期刊已發表SCI檢索論文3篇，平均影響因子大於1.213（最高1.785，最低0.66）；另發表EI索引的論文8篇（包括CCF-B類、C類會議論文各1篇）；申請3項發明專利和1項軟體著作權。此外，還有2篇論文準備向CCF-A類的重要期刊和會議投出。
