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  • 软件系统可靠性的指标计算

    万次阅读 2021-03-20 15:24:31
    软件界针对可靠性有以下指标: 3 个 9:(1-99.9%)*365*24=8.76 小时,表示该软件系统在连续运行 1 年时间里最多可能的业务中断时间是 8.76 小时。 4 个 9:(1-99.99%)*365*24=0.876 小时=52.6 分钟,表示该软件...

    在软件界针对可靠性有以下指标:
    3 个 9:(1-99.9%)*365*24=8.76 小时,表示该软件系统在连续运行 1 年时间里最多可能的业务中断时间是 8.76 小时。
    4 个 9:(1-99.99%)*365*24=0.876 小时=52.6 分钟,表示该软件系统在连续运行 1 年时间里最多可能的业务中断时间是 52.6 分钟。
    5 个 9:(1-99.999%)*365*24*60=5.26 分钟,表示该软件系统在连续运行 1 年时间里最多可能的业务中断时间是 5.26 分钟。

    稳定性测试的目标之一就是验证并辅助系统达到更高的指标。

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  • 100个测试用例中发现5个错误,计算该软件可靠性 (我是自学软件工程课程,考试,现在知道用MTTF算可靠性,测试用例这个怎么算呢)
  • 系统可靠性设计

    千次阅读 2019-10-26 14:14:47
    目录一:系统可靠性的定义及包含的4个子特性,并简要指出提高系统可靠性技术一般采用什么技术软件可靠性技术容错设计技术检错设计检错设计和容错技术的差异降低复杂度设计软件可靠性分析故障树分析方法失效模式与效应...

    一:系统可靠性的定义及包含的4个子特性,并简要指出提高系统可靠性技术一般采用什么技术

    系统可靠性定义:系统在规定的时间内及规定的环境条件下,完成规定功能的能力,就是系统无故障运行的概率。
    根据国家标准《软件工程 产品质量 第一部分:质量模型》(GB/T 16260.1-2006)的规定,系统可靠性的4个主要子特性

    1. 成熟性:指系统避免因错误的发生而导致失效的能力
    2. 容错性:在系统发生故障或违反指定接口的情况下,系统维持规定的性能级别的能力
    3. 易恢复性:系统发生失效的情况下,重建规定的性能级别并恢复受直接影响的数据的能力
    4. 依从性:系统依附于可靠性相关的标准、约定和规约的能力。

    通常,提高系统的可靠性采用冗余技术、软件容错技术、双机容错技术和集群技术4类技术

    软件可靠性技术

    容错设计技术

    对于软件失效后果特别严重的场合,如飞机的飞行控制系统可采用容错设计方法。常见的软件容错技术主要有恢复块设计N版本程序设计冗余设计

    1. 恢复块设计:选择一组操作作为容错设计单元,从而把普通的程序块变成恢复块。一个恢复块包含若干个功能相同、设计差异的程序块文本,每一时刻有一个文本处于运行状态。一旦该文本出现故障,则用备份文本加以替换,从而构成“动态冗余”。
    2. N版本程序设计:N版本的核心是通过设计出多个模块或不同版本,对于相同初始条件和相同输入的操作结果,实行多数表决,防止其中某一模块/版本的故障提供错误的服务,以实现软件容错。
    3. 冗余设计:冗余设计技术实现原理是在一套完整的软件系统之外,设计一种不同路径,不同算法或不同实现方法的模板或系统作为备份,在出现故障时可以使用冗余的部分进行替换,从而维持软件系统的正常运行。

    检错设计

     在软件系统中,对无需在线容错的地方或不能采用冗余设计技术的部分,如果可靠性要求较高,故障可能导致严重的后果。这时一般采用检错技术,在软件出现故障后能及时发现并报警,提醒维护人员进行处理。
     采用检测设计技术需要着重考虑几个要素:检测对象检测延时实现方式处理方式

    • 检测对象:即检测点和检测内容。在设计时应该考虑把检测点放在容易出错的地方和出错对软件系统影响较大的地方,检测内容选取那些有代表性的、易于判断的指标。
    • 检测延时:在软件检测设计时要充分考虑到检测延时,如果延时长到影响故障的及时报警,则需要更换检测对象或检测方式。
    • 实现方式:最直接的一种方式是判断返回结果,如果返回结果超出正常范围,则进行异常处理。计算运行时间也是一种常用的技术,如果某个模块或函数运行超过预期的时间,可以判断出现故障。另外还有置状态标志位等多种方法,自检的实现方式要根据实际情况来选用。
    • 处理方式:大多数检测采用“查出故障-停止软件系统运行-报警“的处理方式”,但也有采用不停止或部分停止软件系统运行的情况,这一般由故障是否需要实时处理来决定。

    检错设计和容错技术的差异

     检测技术实现的代价一般低于容错技术和冗余技术,但有一个明显的缺点,就是不能自动解决故障,出现故障后如果不进行人工干预,将最终导致软件系统不能正常运行。

    降低复杂度设计

     在保证实现软件功能的基础上,简化软件结构,缩短程序代码长度,优化软件数据流向,降低软件复杂度从而提高软件可靠性。

    软件可靠性分析

    在软件可靠性设计之前和软件可靠性设计过程中,都需要采用软件可靠性分析和预测方法,来确定当前系统中的主要可靠性因素和目标。常见的软件可靠性分析方法包括故障树分析(FTA)、==失效模式与效应分析(FMEA)==等

    故障树分析方法

     一种自顶向下的软件可靠性分析方法,即从软件系统不希望发生的事件(顶事件),特别是对人员和设备的安全及可靠性产生重大影响的事件开始,向下逐步追查导致顶事件发生的原因,直至基本事件(底事件)。从而确定软件故障原因的各种可能组合方式或发生概率。基本的步骤是软件故障树的建立、定性分析和定量分析

    失效模式与效应分析方法

     在软件的开发阶段的早期,通过识别软件失效模式,分析造成的后果。研究分析各种失效模式产生的原因,寻找消除和减少其有害后果的方法,以便尽早发现潜在的问题,采取相应的措施,从而提高软件的可靠性和安全性。SFMEA的分析对象,可以是开发早期阶段的高层次的子系统、部件,也可以是详细设计阶段的单元模块。对于不同的分析对象,其软件失效模式是不同的。采用的SFMEA分析方法也不同,前者采用系统分析方法(system FMEA),后者为详细分析方法(detailed FMEA)。其步骤是系统定义软件失效模式分析、软件失效原因分析、软件失效影响分析、改进措施分析

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  • 软件架构设计之九:系统可靠性

    千次阅读 2013-08-31 13:00:26
    系统可靠性是系统在规定的时间内及规定的环境下完成规定功能的能力,也就是系统无故障运行的概率。 1)信息系统综合知识。包括可靠性设计(容错技术、避错技术)、可靠性指标与评估、系统配置方法(双份、双重、热...

    一、本章要点

    系统可靠性是系统在规定的时间内及规定的环境下完成规定功能的能力,也就是系统无故障运行的概率。

    1)信息系统综合知识。包括可靠性设计(容错技术、避错技术)、可靠性指标与评估、系统配置方法(双份、双重、热备份、容错、集群)。

    2)系统架构设计案例分析和论文。包括系统的故障模型和可靠性模型、系统的可靠性分析和可靠度计算、提高系统可靠性的措施、系统的故障对策、系统的备份与恢复。


    二、系统故障模型

    1)系统故障是指由于部件的失效、环境的物理干扰、操作错误或不正确的设计引起的硬件或软件中的错误状态。

    2)错误(差错)是指故障在程序或数据结构中的具体位置。

    3)故障或错误有如下几种表现形式:永久性、间歇性、瞬时性。

    4)4个级别的故障模型:

      (1)逻辑级的故障模型。逻辑级的故障有固定型故障、短路故障、开路故障和桥接故障。

      (2)数据结构级的故障。故障在数据结构上的表现称为差错:独立差错、算术差错和单向差错。

      (3)软件故障和软件差错。软件故障只与设计有关:非法转移、误转移、死循环、空间溢出、数据执行和非法数据。

      (4)系统级的故障模型。系统输出与系统设计说明的不一致。


    三、系统可靠性模型

    1、时间模型

    一个软件中的故障数目在t=0时是常数,随着故障被纠正,故障数目减少。一段时间的调试后剩余故障的数目可由下式来估计:

    2、故障植入模型

    1)以程序的错误数作为衡量可靠性的标准。

    2)基本假设如下:

      (1)程序中的固有错误数是一个未知的常数。

      (2)程序中的人为错误数按均匀分布随机植入。

      (3)程序中的固有错误数和人为错误被检测到的概率相同。

      (4)检测到的错误立即改正。

    两步查错法:

    3、数据模型

    对于一个预先确定的输入环境,软件的可靠度定义为在n次连续运行中软件完成指定任务的概率。




    四、可靠性指标与评估

    1、可靠性指标

    2、可靠性计算


    五、可靠性设计

    1)提高计算机可靠性的技术可分为避错技术和容错技术。

    2)避错是预防和避免系统在运行中出错,软件测试就是一种避错技术。

    3)容错是指系统在其某一组件故障存在的情况下不失效,仍然能够正常工作的特性,一般通过冗余组件设计来实现。

    1、冗余技术

    1)结构冗余。

      (1)静态冗余。通过表决和比较来屏蔽系统中出现的错误。

      (2)动态冗余。主要方式是多模块待机储备,当系统检测到某工作模块出现错误时,就用一个备用模块来顶替它。

      (3)混合冗余。兼有静态和动态冗余的长处。

    2)信息冗余。除实现正常功能所需信息外,添加一些信息保证运行结果正确性,如纠错码。

    3)时间冗余。使用附加一定时间的方法来完成系统功能。一重复执行指令或程序来消除瞬时错误。

    4)冗余附加技术。实现上述冗余技术的所需资源和技术。

    2、软件容错

    1)恢复块方法,一种动态的故障屏蔽技术,采用后向恢复策略。

    2)N版本程序设计,一种静态的故障屏蔽技术,采用向前恢复的策略。

    3)防卫式程序设计,一种不采用任何传统的容错技术就能实现软件容错的方法,基本思想是通过在程序中包含错误检查代码和错误恢复代码,使得错误发生时程序能恢复到正确状态中去。实现策略包括:错误检测、破坏估计和错误恢复。

    3、集群技术

    集群(Cluster)是由两台以上节点机(服务器)构成的一种松散耦合的计算节点集合,为用户提供网络服务或应用程序(包括数据库、Web服务和文件服务等)的单一客户视图,同时提供接近容错机的故障恢复能力。

    1)集群的分类:高性能计算科学集群、负载均衡集群和高可用性集群。

    2)集群的硬件配置:镜像服务器双机、双机与磁盘阵列柜和光纤通道双机双控集群系统。


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  • 系统可靠性计算

    万次阅读 2019-04-27 17:32:05
    系统可靠性计算是软考考试的一个重点,近些年几乎每次考试都会考到,但这个知识点的难度不高,了解基本的运算公式,即可轻松应对。 可靠性计算主要涉及三种系统,即串联系统、并联系统和冗余系统,其中串联系统和...

    系统可靠性计算是软考考试的一个重点,近些年几乎每次考试都会考到,但这个知识点的难度不高,了解基本的运算公式,即可轻松应对。

    可靠性计算主要涉及三种系统,即串联系统、并联系统和冗余系统,其中串联系统和并联系统的可靠性计算都非常简单,只要了解其概念,公式很容易记住。冗余系统要复杂一些。在实际的考试当中,考得最多的就是串并混合系统的可靠性计算。所以要求我们对串联系统与并联系统的特点有基本的了解,对其计算公式能理解、运用。下面将对这些计算的原理及公式进行详细的说明。

    串联系统

    假设一个系统由n个子系统组成,当且仅当所有的子系统都能正常工作时,系统才能正常工作,这种系统称为串联系统。
    在这里插入图片描述

    设系统各个子系统的可靠性分别用 R 1 R_1 R1 R 2 R_2 R2,……, R n R_n Rn表示,则系统的可靠性R= R 1 R_1 R1× R 2 R_2 R2×…× R n R_n Rn

    如果系统的各个子系统的失效率分别用 λ 1 \lambda_1 λ1 λ 2 \lambda_2 λ2,……, λ n \lambda_n λn来表示,则系统的失效率 λ \lambda λ= λ 1 \lambda_1 λ1× λ 2 \lambda_2 λ2×…× λ n \lambda_n λn

    并联系统

    假如一个系统由n个子系统组成,只要有一个子系统能够正常工作,系统就能正常工作,如下图所示。
    在这里插入图片描述
    设系统各个子系统的可靠性分别用 R 1 R_1 R1 R 2 R_2 R2,……, R n R_n Rn表示,则系统的可靠性R=1-(1- R 1 R_1 R1)×(1- R 2 R_2 R2)×…×(1- R n R_n Rn) 。

    假如所有子系统的失效率均为 λ \lambda λ,则系统的失效率为 μ \mu μ
    μ = 1 1 λ ∑ j = 1 N 1 j \mu=\frac{1}{\frac{1}{\lambda}\sum_{j=1}^N{\frac{1}{j}}} μλ1j=1Nj11
    在并联系统中只有一个子系统是真正需要的,其余n-1个子系统都被称为冗余子系统。该系统随着冗余子系统数量的增加,其平均无故障时间也会增加。

    串并混合系统

    串并混合系统实际上就是对串联系统与并联系统的综合应用。我们在此以实例说明串并混合系统的可靠性如何计算。

    例1:某大型软件系统按功能可划分为2段P1和P2。为提高系统可靠性,软件应用单位设计了如下图给出的软件冗余容错结构,其中P1和P2均有一个与其完全相同的冗余备份。若P1的可靠度为0.9,P2的可靠度为0.9,则整个系统的可靠度是 。

    供选择的答案
      A. 0.6561
      B. 0.81
      C. 0.9801
      D. 0.9

    试题分析

    当系统采用串联方式时,其可靠度R可由公式R= R 1 R_1 R1× R 2 R_2 R2×…× R n R_n Rn求得。当系统采用并联方式时,其可靠度R可由公式R=1-(1- R 1 R_1 R1)×(1- R 2 R_2 R2)×…×(1- R n R_n Rn)求得。这个系统总的来说是串联,但分成两个并联部分。第一部分的可靠度为:R1=1-(1-0.9)(1-0.9)=0.99;第二部分的可靠度也为:R2=0.99;所以整个系统的可靠度为:R=R1R2=0.9801 ,C答案。

    试题答案:C

    上面的例题是属于常规形式的可靠性计算题,如果把这种试题再拨高一个层次,可以。
    例2:1台服务器、3台客户机和2台打印机构成了一个局域网(如图4所示)。在该系统中,服务器根据某台客户机的请求,数据在一台打印机上输出。设服务器、各客户机及各打印机的可靠度分别为a、b、c,则该系统的可靠度为 。

    A.a b 3 b^3 b3 c 3 c^3 c3
    B.a(1- b 3 b^3 b3)(1- c 2 c^2 c2)
    C.a ( 1 − b ) 3 (1-b)^3 (1b)3 ( l − c ) 2 (l-c)^2 (lc)2
    D.a(1- ( 1 − b ) 3 (1-b)^3 (1b)3)(1- ( l − c ) 2 (l-c)^2 (lc)2)

    例题分析:在试题给出的系统中,客户机之间是并联的(任何一台客户机出现故障,对其他客户机没有影响),同理,打印机之间是也并联关系。然后,客户机、服务器、打印机之间再组成一个串联关系。因此,我们可以把该系统简化为:已知服务器、各客户机及各打印机的可用性分别为a、b、c,因此整个系统的可用性为:R=a(1- ( 1 − b ) 3 (1-b)^3 (1b)3)(1- ( l − c ) 2 (l-c)^2 (lc)2)

    例题答案:D

    模冗余系统

    m模冗余系统由m个(m=2n+1为奇数)相同的子系统和一个表决器组成,经过表决器表决后,m个子系统中占多数相同结果的输出可作为系统的输出。
    在这里插入图片描述
    在m个子系统中,只有n+1个n+1个以上的子系统能正常工作,系统就能正常工作并输出正确结果。假设表决器是完全可靠的,每个子系统的可靠性为 R 0 R_0 R0,则m模冗余系统的可靠性为:
    R = ∑ i = n + 1 N [ j N ] ∗ R 0 i ( 1 − R 0 ) N − i R=\sum_{i=n+1}^N{ \left[ \begin{matrix} j \\ N \end{matrix} \right] * R^i_0(1-R_0)^{N-i}} R=i=n+1N[jN]R0i(1R0)Ni

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