Software failure prediction based on patterns of multiple-event failures
Caio Augusto R. dos Santos · 2021
Uma necessidade fundamental para a engenharia de confiabilidade de software é compreender como os sistemas de software falham, que significa entender a dinâmica que governa os diferentes tipos de manifestação de falha.Esta pesquisa apresenta um estudo exploratório sobre falhas de múltiplos eventos, que é uma manifestação de falha caracterizada por sequências de eventos de falha que variam em comprimento, duração e combinação de tipos de falha.Este estudo visa (i) melhorar a compreensão das falhas de múltiplos eventos em sistemas de software reais, investigando suas ocorrências, associações e causas; (ii) propor protocolos de análise que levem em consideração as manifestações de falha de múltiplos eventos; (iii) aproveitar a natureza sequencial desse tipo de falha de software para realizar previsões.As falhas analisadas nesta pesquisa foram observadas empiricamente.No total, foram analisadas 42.209 falhas reais de software de 644 computadores de diferentes locais de trabalho.As principais contribuições deste estudo são um protocolo desenvolvido para investigar a existência de padrões de associações de falha; um protocolo para descobrir padrões de sequências de falha; e uma abordagem de previsão cuja principal ideia é calcular a probabilidade de um determinado evento de falha ocorrer dentro de um intervalo de tempo após a ocorrência de um padrão particular de falhas anteriores.Três métodos foram utilizados para resolver o problema de previsão; Regressão Logística Multinomial (com ou sem regularização Ridge), Decision Tree e Random Forest.Tais métodos foram escolhidos devido à natureza dos dados de falha, nos quais os tipos de falha devem ser tratados como variáveis categóricas.Inicialmente, foi realizada uma análise de descoberta de associação de falhas que considerou apenas falhas de um sistema operacional (SO) comercial amplamente utilizado.Como resultado, foram descobertos 45 padrões de associação de falhas de sistema operacional com 153.511 ocorrências, compostos dos mesmos ou diferentes tipos de falha e ocorrendo, sistematicamente, em intervalos de tempo bem estabelecidos.As associações observadas sugerem a existência de mecanismos subjacentes que regem essas ocorrências de falha, o que motivou o aprimoramento do método anterior, com a criação de um protocolo para descobrir padrões de sequências de falhas usando limites de tempo flexíveis e uma abordagem de previsão de falha.Para ter uma visão abrangente de como as diferentes falhas de software podem afetar umas às outras, os dois métodos foram aplicados a três amostras diferentes -a primeira amostra contém apenas falhas do Sistema Operacional, a segunda contém apenas falhas de Aplicativos do Usuário e a terceira engloba falhas do Sistema Operacional e de Aplicativos de Usuário.Como resultado, foram encontradas 165, 480 e 640 sequências de falha diferentes com milhares de ocorrências, respectivamente.Por fim, a abordagem proposta foi capaz de prever falhas com boa até alta precisão (86% a 93%).