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Markus Jochim Universität Essen, Institut für Informatik Verlässlichkeit von Rechensystemen 08.04.02 Pessimistische Fehlerinjektion für automatisch erzeugte.

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1 Markus Jochim Universität Essen, Institut für Informatik Verlässlichkeit von Rechensystemen Pessimistische Fehlerinjektion für automatisch erzeugte virtuelle Duplexsysteme Markus Jochim Universität Essen

2 Markus Jochim Universität Essen, Institut für Informatik Verlässlichkeit von Rechensystemen Virtuelles Duplexsystem (VDS) / Diversität Source A, ©2002 Schmidt for (i=1; i<10; i++) {... } Compiler A Source B, ©2002 Müller while (i++ <10) {...} Compiler B Programm B Eingabe Ausgabe Prozessor VDS: 1) Programm A 2) Programm B 3) Ergebnisvergleich Problem: Identische fehlerhafte Ausgabewerte! Fehler- injektor Programm A

3 Markus Jochim Universität Essen, Institut für Informatik Verlässlichkeit von Rechensystemen DIVERSI-Tool

4 Markus Jochim Universität Essen, Institut für Informatik Verlässlichkeit von Rechensystemen DIVERSI-Tool Eingabe: Assembler Source (P0, P0) Eingabewerte für P0 Fehlerspezifikation (FAIL) Veränderungsregel auf VDS: (P0, Pi) anwenden Auswahl von Veränderungs- regel und VDS Fehler in VDS: (P0, Pi+1) injizieren Ergebnis Datenbank Ausgabe: Erfolgreichstes VDS erzielte Fehlererfassung

5 Markus Jochim Universität Essen, Institut für Informatik Verlässlichkeit von Rechensystemen Fehlerinjektion Führe für jedes erzeugte VDS alle Injektions- Experimente für alle Eingabewerte aus. Viele jedes and alle bedeutet: "Fehlerinjektion muß sehr schnell sein !" Host & Target auf selbem System Einfügen von FI-Code in VDS Manipulation ausführbarer VDSe Energiespar-Modus Pessimistische Fehlerinjektion Pessimistische Fehlerinjektion: Beschleunigung der FI-Experimente Konservative Bewertungsergebnisse

6 Markus Jochim Universität Essen, Institut für Informatik Verlässlichkeit von Rechensystemen Fehlerspezifikation (FAIL) Stuck-at-Fehler in Register Prozessor- Statuswort Speicher- fehler EndAll All myVar3 substitute by {Carry,Zero,Sign,Overflow} All myVar4 substitute by {cleared, inverted, set} All myVar1 substitute by {%eax,%ecx,%edx,%edi,%ebp} All myVar2 substitute by {0,1,2,6,7,8,9,15,16,22,23,28,31} Stuck-at dice{0,1} Bit myVar2 Register myVar1 EndAll Endall All myVar5 substitute by {text,rodata} All myVar6 substitute by {1,3,5,9,20,30,40,50,60,75,95,100,200,300} FlagProblemAfter dice {addl, subl, cmpl} Instruction myVar3 is myVar4 MemoryError randomly inject myVar5 Errors into myVar6 Segment Insgesamt 49 Fehlerarten sind spezifiziert. Neue Fehlerarten mittels FAIL spezifizierbar.

7 Markus Jochim Universität Essen, Institut für Informatik Verlässlichkeit von Rechensystemen Harte Fehler / Weiche Fehler Abstürze Timeouts Falsche Ausgabeformat Fehlerhafte Ausgaben im richtigem Format Geringfügige Verzögerungen Keine Fehlerwirkung zu hart zu weich balanciert

8 Markus Jochim Universität Essen, Institut für Informatik Verlässlichkeit von Rechensystemen Pessimistische Fehler Idee: Zu weiche Fehler verschärfen. Zu harte Fehler abschwächen. Mehr balancierte Fehler = Pessimistische Injektions- ergebnisse Wie kann man Fehler abschwächen? Lösung: Nicht bei jeder Gelegenheit injizieren! MOVL ADDL XORL PUSHFL JMP ASL MOVL ADDL XORL PUSHFL JMP ASL MP P0 Markierungspaare ! Versuche mit Markierungspunkten statt Markierungs- paaren waren erfolglos! MP 1 MP 2

9 Inst. 1 Inst. 2 Inst. 3 Inst. 4 Inst. 5 Inst. 6 Inst. 1 Inst. 2 Inst. 3 Inst. 4 Inst. 5 Inst. 6 MP MP 1 VDS 1 MP MP 2 VDS 2 Inst. 1 Inst. 2 Inst. 3 Inst. 3 Inst. 4 Inst. 5 Inst. 6 MP MP 3 MP 2 MP Inst. 1 Inst. 2 Inst. 3 Inst. 4 Inst. 5 Inst. 6 MP 1 MP 3 DIVERSI Markierungspaare über VDS-Generationen hinweg pflegen !!!

10 Markus Jochim Universität Essen, Institut für Informatik Verlässlichkeit von Rechensystemen Syntax-Beispiel Pair P1: (4*3m, 4*6m, 5*12m) Pair P2: (30*1m, 2*2) force " *esp* " P1: P2: P_off # # Fehler Nr # # Nr : # MP-Forderung: 30 * 1M # MP-Realisierung: 22 * 1M (Reduziert!) # # Nr : # MP-Forderung: 2 * 2 M # MP-Realisierung: 2 * 2 M Stuck-at 0 bit 0 register %ebx FAIL-Spezifikation Reduktion der Anforderungen

11 Markus Jochim Universität Essen, Institut für Informatik Verlässlichkeit von Rechensystemen F-TypStandardPessimistisch 10 / / / / / / / / / / / / 3250 F-TypStandardPessimistisch 10 / / / / / / / / / / / / 2600 VDS: CRCVDS: Hanoi Ergebnisse (absolut) 160 / 9250 = 160 von 9250 Injektionsläufe überlisteten das VDS.Legende: Experimente mit 6 verschiedenen Fehlerarten der Kategorie zu hart. Zwei verschiedene VDSe. Keine Diversität !!!

12 Markus Jochim Universität Essen, Institut für Informatik Verlässlichkeit von Rechensystemen F-TypStandardPessimistisch 1 0,00% 0,81%1,51% 1,73% 1,97% 2 0,00% 0,83%1,74% 2,08% 2,48% 3 0,00% 2,69%4,34% 5,09% 5,93% 4 0,00% 2,69%1,94% 2,40% 2,94% 5 0,00% 0,81%0,61% 0,76% 0,92% 6 0,00% 2,28%3,42% 3,97% 4,58% F-TypStandardPessimistisch 1 0,00% 0,81%2,56% 2,84% 3,14% 2 0,00% 0,83%3,56% 4,23% 4,87% 3 0,00% 2,69%4,01% 4,85% 5,81% 4 0,00% 2,69%1,84% 2,29% 2,82% 5 0,00% 0,81%0,56% 0,69% 0,85% 6 0,00% 2,28%7,87% 8,77% 9,74% VDS: CRCVDS: Hanoi Ergebnisse (relativ) P exp : 1,73% (= Anteil nicht aufgedeckter Fehler) Legende: 1,51% 1,73% 1,97% P min : 1,51% P max : 1,97% Falls P real = 1,51% oder weniger: P (P exp = 1,73%) 5%

13 Markus Jochim Universität Essen, Institut für Informatik Verlässlichkeit von Rechensystemen Zusammenfassung Resümee: Pessimistische Fehlerinjektion ist möglich! Anwendungsfall: VDS Anwendbarkeit für verschiedene Diversitätstechniken denkbar Anwendbar um: 1) Injektionsläufe zu beschleunigen! 2) Konservative Ergebnisse zu erzielen. Weitere Ergebnisse: Pessimistische Fehler bieten DIVERSI Widerstand! Bereits wirksame Fehler konnten gefährlicher gestaltet werden!

14 Markus Jochim Universität Essen, Institut für Informatik Verlässlichkeit von Rechensystemen F-TypStandardPessimistisch 1 0,00% 0,81%1,51% 1,73% 1,97% 2 0,00% 0,83%1,74% 2,08% 2,48% 3 0,00% 2,69%4,34% 5,09% 5,93% 4 0,00% 2,69%1,94% 2,40% 2,94% 5 0,00% 0,81%0,61% 0,76% 0,92% 6 0,00% 2,28%3,42% 3,97% 4,58% F-TypStandardPessimistisch 1 0,00% 0,81%2,56% 2,84% 3,14% 2 0,00% 0,83%3,56% 4,23% 4,87% 3 0,00% 2,69%4,01% 4,85% 5,81% 4 0,00% 2,69%1,84% 2,29% 2,82% 5 0,00% 0,81%0,56% 0,69% 0,85% 6 0,00% 2,28%7,87% 8,77% 9,74% VDS: CRCVDS: Hanoi Ergebnisse (relativ) P exp : 1,73% (=Anteil nicht aufgedeckter Fehler) Legende: 1,51% 1,73% 1,97% P min : 1,51% P max : 1,97%


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