13、控制理论对自适应软件系统保障的启示

控制理论对自适应软件系统保障的启示

1. 引言

经典反馈回路在自适应软件（SAS）系统中扮演着重要角色，尤其是在系统保障方面。我们关注经典反馈回路的抽象特性，包括其构建方式、提供的保障以及获取这些保障所需的分析。反馈回路已成为软件密集型自适应系统的基石。

我们研究反馈回路与SAS系统保障之间的关系，聚焦于反馈模型的概念层面，而非实现层面。具体探讨控制理论在反馈回路中能确保的理想属性（如稳定性、准确性、稳定时间、资源有效利用）、计算过程的调整方式、控制策略的选择以及由此产生的系统质量属性（如响应性、延迟、可靠性）之间的关系。

这一探索一方面研究反馈回路如何为受控系统的行为提供保障，另一方面研究保障措施如何改进SAS中反馈回路的实现。我们先回顾传统控制理论和工程的主要概念，再研究控制理论与SAS领域中软件系统反馈控制（如MAPE - K循环）研究的相似之处，建立关键概念的通用词汇，通过具体例子讨论多种控制策略，指出SAS工程中常被忽视的决策，进而提出与反馈回路在自适应软件中应用相关的保障研究关键挑战。

2. 自适应软件（SAS）系统

软件工程师需要转变视角，传统软件工程基于软件系统应支持刚性业务结构和需求、低维护且初始交付就能完全满足需求的错误假设。而自适应软件（SAS）工程基于持续分析、动态需求协商和不完整需求规范的不同范式。

SAS系统在运行时调整自身结构或行为，以调节随时间变化的功能、行为和非功能需求的满足情况。当系统需求演变时，系统需支持短期适应机制以满足当前需求，以及长期需求演变的运行时系统分析。同时，在设计和运行时都需实施保障机制以保证所需属性。

受人类自主神经系统启发，IBM研究人员提出