Improving the process of analysis and comparison of results in dependability benchmarks for computer systems

Abstract

Los dependability benchmarks (o benchmarks de confiabilidad en español), están diseñados para evaluar, mediante la categorización cuantitativa de atributos de confiabilidad y prestaciones, el comportamiento de sistemas en presencia de fallos. En este tipo de benchmarks, donde los sistemas se evalúan en presencia de perturbaciones, no ser capaces de elegir el sistema que mejor se adapta a nuestras necesidades puede, en ocasiones, conllevar graves consecuencias (económicas, de reputación, o incluso de pérdida de vidas). Por esa razón, estos benchmarks deben cumplir ciertas propiedades, como son la no-intrusión, la representatividad, la repetibilidad o la reproducibilidad, que garantizan la robustez y precisión de sus procesos. Sin embargo, a pesar de la importancia que tiene la comparación de sistemas o componentes, existe un problema en el ámbito del dependability benchmarking relacionado con el análisis y la comparación de resultados.

Mientras que el principal foco de investigación se ha centrado en el desarrollo y la mejora de procesos para obtener medidas en presencia de fallos, los aspectos relacionados con el análisis y la comparación de resultados quedaron mayormente desatendidos. Esto ha dado lugar a diversos trabajos en este ámbito donde el proceso de análisis y la comparación de resultados entre sistemas se realiza de forma ambigua, mediante argumentación, o ni siquiera queda reflejado. Bajo estas circunstancias, a los usuarios de los benchmarks se les presenta una dificultad a la hora de utilizar estos benchmarks y comparar sus resultados con los obtenidos por otros usuarios. Por tanto, extender la aplicación de los benchmarks de confiabilidad y realizar la explotación cruzada de resultados es una tarea actualmente poco viable.

Esta tesis se ha centrado en el desarrollo de una metodología para dar soporte a los desarrolladores y usuarios de benchmarks de confiabilidad a la hora de afrontar los problemas existentes en el análisis y comparación de resultados. Diseñada para asegurar el cumplimiento de las propiedades de estos benchmarks, la metodología integra el proceso de análisis de resultados en el flujo procedimental de los benchmarks de confiabilidad. Inspirada en procedimientos propios del ámbito de la investigación operativa, esta metodología proporciona a los evaluadores los medios necesarios para hacer su proceso de análisis explícito, y más representativo para el contexto dado.

Los resultados obtenidos de aplicar esta metodología en varios casos de estudio de distintos dominios de aplicación, mostrará las contribuciones de este trabajo a mejorar el proceso de análisis y comparación de resultados en procesos de evaluación de la confiabilidad para sistemas basados en computador.

Dependability benchmarks are designed to assess, by quantifying through quantitative performance and dependability attributes, the behavior of systems in presence of faults. In this type of benchmarks, where systems are assessed in presence of perturbations, not being able to select the most suitable system may have serious implications (economical, reputation or even lost of lives). For that reason, dependability benchmarks are expected to meet certain properties, such as non-intrusiveness, representativeness, repeatability or reproducibility, that guarantee the robustness and accuracy of their process. However, despite the importance that comparing systems or components has, there is a problem present in the field of dependability benchmarking regarding the analysis and comparison of results.

While the main focus in this field of research has been on developing and improving experimental procedures to obtain the required measures in presence of faults, the processes involving the analysis and comparison of results were mostly unattended. This has caused many works in this field to analyze and compare results of different systems in an ambiguous way, as the process followed in the analysis is based on argumentation, or not even present. Hence, under these circumstances, benchmark users will have it difficult to use these benchmarks and compare their results with those from others. Therefore extending the application of these dependability benchmarks and perform cross-exploitation of results among works is not likely to happen.

This thesis has focused on developing a methodology to assist dependability benchmark performers to tackle the problems present in the analysis and comparison of results of dependability benchmarks. Designed to guarantee the fulfillment of dependability benchmark's properties, this methodology seamlessly integrates the process of analysis of results within the procedural flow of a dependability benchmark. Inspired on procedures taken from the field of operational research, this methodology provides evaluators with the means not only to make their process of analysis explicit to anyone, but also more representative for the context being.

The results obtained from the application of this methodology to several case studies in different domains, will show the actual contributions of this work to improving the process of analysis and comparison of results in dependability benchmarking for computer systems.

Els dependability benchmarks (o benchmarks de confiabilitat, en valencià), són dissenyats per avaluar, mitjançant la categorització quantitativa d'atributs de confiabilitat i prestacions, el comportament de sistemes en presència de fallades. En aquest tipus de benchmarks, on els sistemes són avaluats en presència de pertorbacions, el no ser capaços de triar el sistema que millor s'adapta a les nostres necessitats pot tenir, de vegades, greus conseqüències (econòmiques, de reputació, o fins i tot pèrdua de vides). Per aquesta raó, aquests benchmarks han de complir certes propietats, com són la no-intrusió, la representativitat, la repetibilitat o la reproductibilitat, que garanteixen la robustesa i precisió dels seus processos. Així i tot, malgrat la importància que té la comparació de sistemes o components, existeix un problema a l'àmbit del dependability benchmarking relacionat amb l'anàlisi i la comparació de resultats.

Mentre que el principal focus d'investigació s'ha centrat en el desenvolupament i la millora de processos per a obtenir mesures en presència de fallades, aquells aspectes relacionats amb l'anàlisi i la comparació de resultats es van desatendre majoritàriament. Açò ha donat lloc a diversos treballs en aquest àmbit on els processos d'anàlisi i comparació es realitzen de forma ambigua, mitjançant argumentació, o ni tan sols queden reflectits. Sota aquestes circumstàncies, als usuaris dels benchmarks se'ls presenta una dificultat a l'hora d'utilitzar aquests benchmarks i comparar els seus resultats amb els obtinguts per altres usuaris. Per tant, estendre l'aplicació dels benchmarks de confiabilitat i realitzar l'explotació creuada de resultats és una tasca actualment poc viable.

Aquesta tesi s'ha centrat en el desenvolupament d'una metodologia per a donar suport als desenvolupadors i usuaris de benchmarks de confiabilitat a l'hora d'afrontar els problemes existents a l'anàlisi i comparació de resultats. Dissenyada per a assegurar el compliment de les propietats d'aquests benchmarks, la metodologia integra el procés d'anàlisi de resultats en el flux procedimental dels benchmarks de confiabilitat. Inspirada en procediments propis de l'àmbit de la investigació operativa, aquesta metodologia proporciona als avaluadors els mitjans necessaris per a fer el seu procés d'anàlisi explícit, i més representatiu per al context donat.

Els resultats obtinguts d'aplicar aquesta metodologia en diversos casos d'estudi de distints dominis d'aplicació, mostrarà les contribucions d'aquest treball a millorar el procés d'anàlisi i comparació de resultats en processos d'avaluació de la confiabilitat per a sistemes basats en computador.