[发明专利]基于多变量控制的软件行为调节方法

说明书

本发明公开了一种基于多变量控制的软件行为调节方法，包括分析目标软件功能逻辑，确定目标软件工作中影响目标软件资源消耗的可调配置参数，并建立可调配置参数与软件行为间的数学模型，即传递函数矩阵；应用多变量控制理论，对传递函数矩阵进行解耦器与控制回路设计，对每一个需要动态调节的软件行为构建独立的调节回路；将设计得到的解耦器与控制回路以异步执行的方式附着在原有的软件逻辑之上，并以设定的调节周期调节软件行为。本发明结合了控制工程与软件工程的理论知识，有效解决了实际软件在具有多种需要调控的软件行为情景下的在线调节问题，整体方法简单，方便设计与应用。

技术领域

本发明属于软件工程领域，具体为一种基于多变量控制的软件行为调节方法。

背景技术

随着计算系统日益复杂，给应用程序开发人员带来了极大的负担。而现代系统的动态性使这种情况变得更恶劣，该种系统在软件运行中可能会经历突然和不可预测的变化；例如，应用程序工作负载波动和系统组件故障。软件工程师对于管理这种复杂性并确保应用程序在动态环境中成功运行的压力与日俱增。针对该状况，当前已经有提出使用自主或自适应技术来帮助工程师管理这种负担的方案。自适应系统通过调整系统自己的行为来维持控制目标的稳定，以此来响应不可预测的变化。虽然应用程序的功能方面(即语义正确性)的调整通常需要人为干预，但其非功能方面(例如可靠性，性能，能量消耗和成本)代表了应用自适应技术的重要且具有挑战性的机会。例如，客户需要持续保证商定的性能和质量水平。可以通过将它们映射到特定的配置参数来管理这些非功能性方面。可以测量这些属性并用于触发适应机制，即使面对不可预见的环境波动，也能保证满足要求。

现有的自适应手段主要有两种：一种方法是利用程序设计中的逻辑语言，对于不同的环境状态自适应调整不同的软件行为；另一种方法是将小部分软件代码作为自适应目标，对其设计控制器以达到自适应调节的目的。随着软件自适应要求的提高，这两种方法都很难达到满意的效果。前一种方法本质上采用了模式切换的方式，只能在人为设想到的场景中使用，且控制量离散化，很难保证其控制精度，而且对其模式的设计又会增加软件工程师的工作负担；后一种方法则只适用于小部分代码块中，对于大型的软件系统，由于建模误差等问题，很难应用该思路进行软件自适应逻辑设计，而且仅针对一些单变量进行调节，不符合实际工程开发中多可调参数、多被控对象的实际需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于多变量控制的软件行为调节方法。

实现本发明目的的技术方案为：一种基于多变量控制的软件行为调节方法，包括以下步骤：

步骤1、分析目标软件功能逻辑，确定目标软件工作中影响目标软件资源消耗的可调配置参数，并建立可调配置参数与软件行为间的数学模型，即传递函数矩阵；

根据传递函数矩阵静态增益信息，判断软件行为是否受唯一可调参数影响，若是，将该软件行为与对应的可调参数直接组成控制回路，执行步骤3；

步骤2、应用多变量控制理论，对传递函数矩阵进行解耦器与控制回路设计，对每一个需要动态调节的软件行为构建独立的调节回路；

步骤3、将设计得到的解耦器与控制回路以异步执行的方式附着在原有的软件逻辑之上，并以设定的调节周期调节软件行为。

优选地，建立多个可调配置参数与多种可量化软件行为间的传递函数矩阵的具体方法为：

确定在代码运行期需要动态调整的软件行为，并对目标软件代码进行功能分析确定可以影响目标软件资源消耗的可调配置参数，并将可调配置参数作为控制量；

将可调配置参数作为单一变量得到软件行为在稳态时关于可调配置参数的阶跃变化导致的变换曲线，并建立可调参数与软件行为间的数学模型，得到描述整个软件的传递函数矩阵；

优选地，根据传递函数矩阵静态增益信息，判断软件行为是否受唯一可调参数影响的具体方法为：