摘 要

随着智能手机的发展，手机对人们的影响正在日益加深。人们的生活可以说是已经不能离开智能手机了，全球有超过一半的人目前正使用着Android手机，但是随着Android手机使用时间的增长，Android性能逐渐下降，服务体验相对变差这有可能是因为Android软件老化的影响。

软件老化在其他一些系统中已经有了相当多的研究，但是针对Android系统环境的软件老化研究却是相对较少的，同时由于Android内存管理机制的复杂性及相关文献的不完整性，一般很难通过“白盒”分析的方法，即通过分析Android的相关内存管理机制来确定Android是否存在老化现象。基于此，我们针对多个老化相关现象与假设，以Android可用内存为观测指标，利用“黑盒”排除法来逐步验证Android是否存在老化现象，然后通过马尔科夫模型对老化现象进行数学建模和预测分析。

通过实验与建模分析，我们验证了Android老化现象的存在性，且老化一般是不可逆的。同传统的老化研究成果不同，我们的实验揭示了日常的温恢复策略（例如应用重启）对老化的恢复作用基本可以忽略。本文的研究为Android老化研究提供了新的方法，部分实验结果有助于引发新的研究热点（例如温恢复策略在Android老化中的作用），并且为进一步制定有效的Android老化恢复策略提供了决策支持。

关键字：软件老化；内存泄漏；马尔科夫模型；故障预测；可靠性

Abstract

With the development of smart phones, the impact of mobile phones on people is growing. People cannot live without the smart phone, and there are more than half of the people all over the world using the Android phones. But as time goes by, the performance of Android is decreasing, service experience is relatively worse, which may be the effects of Android software aging.

Software aging has already done quite a few researches in some other systems, but the research on Android system environment software aging is relatively few. At the same time, due to the complexity and incompleteness of the relevant literature Android memory management mechanism, it is generally difficult for "white box" analysis, that is through analyzing the relevant memory management mechanisms to determine whether there is aging. Based on this, we focused on some aging-related phenomena and assumptions with Android memory available as observations, used the "black box" process of elimination to progressively verify the existence of Android aging, then we carried out mathematical modeling of aging and predictive analysis by Markov model.

Through experiments and modeling analysis, we verified the existence of Android aging, and we know that aging is generally irreversible. Contrary to traditional aging of research results, our experiments revealed that the effect of daily warm recovery strategy (such as application restart) on aging can be ignored. This study provides a new method for Android aging, some experimental results help lead to new research focus (for example, temperature-relieving effects of aging policy in Android), and for the further development of an effective recovery strategy Android aging provides the decision stand by.

Key Words: software aging; memory leaks; Markov model; failure prediction; reliability

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 研究意义 1

1.3 Android老化研究现状 2

1.4 论文组织结构 2

第2章 相关理论基础 4

2.1 软件老化 4

2.2 内存泄漏 4

2.3 Android系统内存管理机制 4

2.4 马尔科夫模型 5

第3章 Android老化现象验证实验 7

3.1 内存监测策略 7

3.2 负载测试工具 8

3.3 实验具体设计分析 9

3.4 实验结论 13

第4章 马尔科夫模型分析 14

4.1 利用黄金分割法建立马尔科夫模型 14

4.2 数据建模处理 14

第5章 总结与展望 16

5.1 总结 16

5.2 展望与不足 16

参考文献 17

致 谢 20

第1章 绪论

1.1 研究背景

本课题的研究是基于湖北省自然科学基金重点项目（基金号：2015CFA069）——物联网系统安全可靠性建模与分析技术研究，并受到项目基金的资助。这些年移动手机从以前的只能简单的打电话和发信息升级到了能做各种事情的复杂设备。这种手机被全世界的人使用着，数量还在不断的上升。Android是一个开源的，为智能手机、平板电脑提供一套完整的软件程序，包括操作系统，中间件和一些关键的移动应用程序。虽然Android的用户数量逐年增加，但是Android仍处于发展阶段。自从Android第一款机器开卖以来，很多理论和实验研究用来测试和完善这个软件系统。

Android系统的开放特性给程序员提供了自由访问该平台的能力，它鼓励开发具有吸引力的应用程序，它存在偶然失败的风险并给用户带来服务不可用的体验。一个对是否可用的主要威胁是软件老化，一个在系统运行过程中必然会发生的性能下降的现象。监测这些影响是软件老化特性研究的一个基本组成部分。这篇文章的主要目的是发现Android平台的老化现象，致力于与内存相关的老化影响如内存泄漏，这证明了对系统性能和可用性有着严重的影响。