继网格计算、对等计算后,作为一种新型计算模式出现的云计算,其核心理念是资源租用、应用托管、服务外包。在云计算模式下,IT资源的利用效率大大提高,然而,由于用户都将自己的服务软件部署在云计算平台中,服务的可靠性问题就显得愈来愈重要。一旦软件出现故障,若不采取相应的保护措施,则其产生的后果及造成的经济损失是无法估量的。目前国内外对软件容错机制的研究方兴未艾,在云环境下尚存在一些亟待深入研究的问题。首先,云环境软件的多样性带来的软件容错效率问题。传统的故障容忍机制并未考虑云环境下的多软件实例情况,容错信息的共享是一个新的挑战,另外容错机制可能会给软件造成过多负担而使软件无法正常,甚至存在失效情况；其次,软件容错机制的正确性问题。目前容忍软件内存故障的方法依然存在不足,需要损失软件部分功能和安全性,或只去解决堆内存故障,而且也无法根据用户需求来容忍软件故障；最后,云环境下的软件漏洞在线修复问题。最近研究表明从漏洞发现到官方补丁发布之间需要漫长时间。虽然在这漫长的危险期内,用户可以借助软件容错机制暂时消除漏洞所引发的服务中断困扰,但是由于未修复漏洞而不能消除漏洞带来的潜在安全问题,而且也无法联合云环境下多样化的软件实例来共同防御攻击。栈溢出漏洞极大地影响计算系统的安全性,然而当前软件故障容忍机制只是关注如何容忍已检测到的软件栈溢出故障,而忽视去修复漏洞；而解决软件漏洞的最终方案是在渡过危险期后,即在官方补丁发布后,采用动态软件升级机制来动态应用漏洞补丁修复漏洞,此外也可以用于扩充软件功能。然而目前的动态软件升级机制存在诸多不足,需要借助编译器来编译软件以使得软件可以升级或正在运行的软件升级可能会被无限拖延,而且都将更新中进行人工协助的用户视为软件开发者,需要用户通晓待升级的软件,这极大的限制动态软件升级的适用范围。为了解决此类问题,将对云环境下的软件可靠性方向进行研究。首先,针对云环境软件的多样性带来的软件容错效率问题,提出云环境下软件故障容忍机制,其针对云计算环境下存在多软件实例的情况,采用在多软件实例之间共享软件故障容忍信息来快速恢复故障,共同防御攻击。此外改进传统软件故障容忍机制的有效性,采用带权值的营救点技术并结合错误虚拟化技术来提高故障容忍的能力。通过使用包含多种漏洞的Web服务器软件来进行有效性评估,实验结果表明该机制可以在数秒内使Web服务器软件从这些漏洞所引发的故障中恢复,而且只造成适度的性能开销。其次,针对软件容错正确性问题,提出访存虚拟化的概念,可以将栈对象在受保护的内存区域中重分配并重定向访问,从而将一个静态的栈对象转化为一个动态分配的对象。以此为基础,提出一种主动式的软件内存故障按需容忍机制,以安全且不损失软件功能的容忍故障为目标,能够根据用户的需求提供一段时间内的软件内存安全。在这段时间内,该机制将堆栈对象进行统一管理并进行安全保护。通过使用包含不同类型的内存漏洞的多个软件来测试有效性,实验结果表明该机制可以方便地创建并且销毁一个可热插拔的安全域,而且可以在安全域中保护软件免于内存漏洞带来的困扰。再次,针对软件危险期中的栈溢出漏洞修复问题,提出一种被动式的软件栈溢出漏洞修复机制,其可以临时性地修复栈溢出漏洞。该机制能够精确诊断引发栈溢出的“危险”栈缓冲区,并自动生成补丁进行修复,修复方法是以访存虚拟化机制为基础,将危险栈缓冲区动态地重分配到受保护的堆空间中进行保护。通过使用不同类型的软件来测试有效性,实验结果表明该机制能够快速地生成补丁并成功容忍后续的相同攻击,而且生成的补丁对软件正常运行带来很小的影响。最后,针对官方补丁发布后的补丁动态应用难题,提出一种面向云计算的动态软件升级机制,其以从根本上解决软件漏洞为目标,在无需借助特定编译器的条件下,采用多线程程序的立即更新方法以及针对特定漏洞补丁的细粒度代码更新方法,直接支持以二进制可执行代码发布的软件以及正在运行中的软件,而且所采用的面向云计算的动态软件升级架构既适用于云计算的架构部署也分离出软件开发者和普通用户在软件升级中各自职责,极大地扩充动态软件升级系统的适用范围。通过使用不同类型的软件来测试有效性,实验结果表明该机制可以更新测试集中所有软件,并且对软件的影响可以忽略不计。综上所述,通过使用面向云平台的软件故障容忍机制,可以容忍各种软件故障,也可以根据用户需求,针对内存故障来使用软件内存故障按需容忍机制,提高软件的安全性,也可以使用软件栈溢出漏洞修复机制来临时修复软栈溢出漏洞。在获取官方漏洞补丁后,可以使用面向云计算的动态软件升级机制来修复漏洞和扩充软件功能。