Una metodologia per la definizione dei livelli di criticità dei componenti di un sistema software complesso

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1 tesi di laurea Anno Accademico 2006/2007 relatore Ch.mo Prof. Massimo Ficco correlatore Ing. Roberto Pietrantuono candidato Antonio Pecchia Matr. 885/108

2 Sistemi safety-critical Sistemi complessi i cui malfunzionamenti possono provocare danni a persone o all ambiente ambiente circostante: controllo del traffico aereo; controllo del traffico ferroviario; veicoli senza conducente; apparecchiature mediche; Necessità di bilanciare i costi di sviluppo e verifica con un livello accettabile di safety

3 Obiettivo del lavoro di tesi Definizione di una metodologia in grado di stabilire il livello di criticità dei componenti di un sistema. La metrica utilizzata è costituita dagli SWAL ( Software Assurance Level ) definiti nell ambito delle direttive SAM. SWAL1 SWAL2 SWAL3 SWAL4

4 Problematiche affrontate La definizione dei livelli di criticità impone la risoluzione di alcune questioni: comprendere la natura delle relazioni tra i componenti del sistema; COMPONENTI DEL SISTEMA definizione di classi di failure; strategia di analisi dei componenti; valutazione dell impatto dei mitigation-means means.

5 Un modello di sistema Il modello proposto divide gli elementi di un sistema in ENTITA e RISORSE. Esistono due modalità di interazione ( ISM e ICM ), in relazione alla possibilità che lo stato del chiamato ( entità o risorsa ) venga modificato. Dipendenza sul CONTROLLO Dipendenza sullo STATO

6 La metodologia proposta (1) Definisce una procedura iterativa che, data un entit entità E del sistema: 1) individua gli elementi rispetto cui essa esibisce una dipendenza; 2) dopo aver valutato gli effetti che i failure di tali elementi hanno sull entit entità E, per ognuno di essi: definisce un valore di SWAL; individua eventuali risorse critiche. Verranno considerati i seguenti failure-modes di riferimento: ENTITA : crash; crash; hang hangattivo; attivo; hang hangpassivo. RISORSE: non non disponibilità; accesso non non consentito in in lettura; accesso non non consentito in in scrittura; corruzione.

7 La metodologia proposta (2) La metodologia definisce 4 regole base: R1. SWAL iniziali della procedura definizione di uno SWAL per le entità invocabili tramite l interfaccia l del sistema; R2. Dipendenze sul controllo ENTITA ENTITA ENTITA RISORSA

8 La metodologia proposta (3) R3. Dipendenze sullo stato s = min( ( SWAL[ Ei E ], SWAL[ Ej ] ) Ej (scrittura) Ei (lettura) non robusta robusta non robusta SWAL[Ej Ej] ] = s R critica in lettura e scrittura SWAL[Ej Ej] ] = s R critica in scrittura robusta SWAL invariati R critica in lettura SWAL invariati R non critica R4. Revisione finale degli SWAL

9 Applicazioni della metodologia TESTING DI APPLICAZIONI - E possibile utilizzare tecniche di testing e analisi differenti in funzione del livello di criticità di un componente SWAL 4 Black box; SWAL 3 Robustness e integration testing, white box parziale; SWAL 2 Testing white-box box,, FSV & model checking; SWAL1 Symbolic execution,, verifica matematica di proprietà del sistema, graceful degradation; IMPIEGO DI COTS (Commercial Off The Shelf ) L informazione congiunta sulla criticità del COTS e sulla robustezza ai failure delle risorse, ne definisce i margini di impiego Safety-assessment assessment delle risorse del SISTEMA OPERATIVO

10 Uno scenario critico: l elaborazione l dei piani di volo Il sistema impiega: Il middleware CARDAMOM ( SysMNGT,, LB, FT ); il servizio DDS. ATTIVITA SPERIMENTALE: analisi di 2 implementazioni del livello DDS; Enterprise Linux );) simulazione dei failure semafori ) e della rete. MW DDS livello di astrazione: SISTEMA OPERATIVO ( distribuzione linux RedHat failure delle risorse IPC di interesse ( shared memory,

11 Architettura del DDS Caso di studio 1 P - hang - crash (seg. fault ) - nessuna notifica ICM - crash - nessuna notifica crash (seg.fault ) ISM S - crash (privo di notifiche) ISM S A S B ICM - crash (privo di notifiche) N A - nessuna notifica ICM N ISM N B - nessuna notifica LIVELLI DI CRITICITA : SWAL[N A ]=SWAL[P]=2 RISORSE CRITICHE: S A S B N SWAL[N B ]=SWAL[S]=3

12 Architettura del DDS Caso di studio 2 M A - crash (seg.fault) - notifica - nessuna conseguenza - notifica S A1 S B1 M B - crash (seg.fault) - notifica S A2 S B2 P - nessuna notifica ICM N ISM S - nessuna notifica LIVELLI DI CRITICITA : RISORSE CRITICHE: SWAL[P]=2 N SWAL[S]=3

13 Conclusioni e sviluppi futuri La metodologia proposta definisce uno strumento utile per: bilanciare costi e rischi l informazione sui livelli di criticità permette di associare un trattamento differente ai vari componenti del sistema; orientarsi nella scelta di un particolare componente del sistema. L elevato grado di astrazione ne permette un uso generale: ulteriori attività sperimentali potrebbero dimostrare la validità metodologia anche per il livello applicativo. della

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