Injeção de falhas de comunicação em aplicações multiprotocolo

Abstract

Aplicações de rede com altos requisitos de dependabilidade devem ser testadas cuidadosamente em condições de falhas de comunicação para aumentar a confiança no seu comportamento apropriado na ocorrência de falhas. Injeção de falhas de comunicação é a técnica mais adequada para o teste dos mecanismos de tolerância a falhas destas aplicações em presença de falhas de comunicação. Ela é útil tanto para auxiliar na remoção de falhas como na previsão de falhas. Dentre as aplicações de rede, algumas são baseadas em mais de um protocolo, como UDP, TCP e RMI. Elas são denominadas multiprotocolo no contexto desse trabalho, que foca naquelas escritas em Java e baseadas em protocolos que estão acima do nível de rede na arquitetura TCP/IP. Um injetor de falhas de comunicação adequado, que trate todos os protocolos utilizados, é necessário para o seu teste. Caso a emulação de uma falha que afete a troca de mensagens não leve em consideração todos os protocolos simultaneamente utilizados, o comportamento emulado durante um experimento poderá ser diferente daquele observado na ocorrência de uma falha real, de modo que podem ser obtidos resultados inconsistentes sobre o comportamento da aplicação alvo em presença da falha. Muitos injetores de falhas de comunicação encontrados na literatura não são capazes de testar aplicações Java multiprotocolo. Outros possuem potencial para o teste dessas aplicações, mas impõem grandes dificuldades aos engenheiros de testes. Por exemplo, contrariamente ao enfoque deste trabalho, algumas ferramentas são voltadas à injeção de falhas de comunicação para o teste de protocolos de comunicação, e não de aplicações. Tal orientação ao teste de protocolos costuma levar a grandes dificuldades no teste de caixa branca de aplicações. Entre outros exemplos de dificuldades proporcionadas por ferramentas encontradas na literatura estão a incapacidade de testar diretamente aplicações Java e a limitação quanto aos tipos de falhas que permitem emular. A análise de tais ferramentas motiva o desenvolvimento de uma solução voltada especificamente ao teste de aplicações multiprotocolo desenvolvidas em Java. Este trabalho apresenta uma solução para injeção de falhas de comunicação em aplicações Java multiprotocolo. A solução opera no nível da JVM, interceptando mensagens de protocolos, e, em alguns casos, opera também no nível do sistema operacional, usando regras de firewall para emulação de alguns tipos de falhas que não podem ser emulados somente no nível da JVM. A abordagem é útil para testes de caixa branca e preta e possui características importantes como a preservação do código fonte da aplicação alvo. A viabilidade da solução proposta é mostrada por meio do desenvolvimento de Comform, um protótipo para injeção de falhas de comunicação em aplicações Java multiprotocolo que atualmente pode ser aplicado para testar aplicações Java baseadas em qualquer combinação dos protocolos UDP, TCP e RMI (incluindo as baseadas em um único protocolo).

Networked applications with high dependability requirements must be carefully tested under communication faults to enhance confidence in their proper behavior. Communication fault injection is the most suitable technique for testing the fault tolerance mechanisms of these applications under communication faults. The technique is useful both for helping in fault removal and for fault forecasting. Some networked applications are based on more than one protocol, such as UDP, TCP and RMI. They are called multi-protocol in the context of this work, that targets on those written in Java and based on protocols above Internet layer in TCP/IP architecture. A suitable communication fault injector, that properly handles all used protocols, is required for their test. If the emulation of a fault that affects message exchanging does not take into account all simultaneously used protocols, the behavior emulated in an experiment can be different from that observed under real fault occurrence. Therefore, inconsistent results about the target application’s behavior under faults can be obtained from the experiments. Many communication fault injectors found in literature are not capable of testing multi-protocol Java applications. Others can potentially test these applications, but they impose several drawbacks for test engineers. For instance, contrarily to the focus of this work, some tools aim to communication protocol testing and not to application testing. This orientation to protocol testing usually leads to great difficulties in white box testing of applications. Other examples of difficulties related to using tools found in literature include inability to directly test Java applications and limitations in respect to types of emulated faults. The analysis of the fault injectors found in literature motivates the development of a solution specifically aimed at testing multi-protocol applications written in Java. This work presents a solution for communication fault injection in multi-protocol Java applications. The solution works at JVM level, intercepting protocol messages, and, in some cases, it also operates at the operating system level, using firewall rules for the emulation of faults that could not be emulated at JVM level. The approach is useful for both white box and black box testing and has advantages such as preserving the target application’s source code. The viability of the proposed solution is shown by the development of a prototype tool called Comform, that is aimed at multi-protocol Java application testing. Comform can be applied to test Java applications based on any combination of UDP, TCP, and RMI (including those based on a single protocol).