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  • 系统可靠性

    千次阅读 2018-03-30 22:20:50
    1. 可靠性定义在规定的条件下,在规定的时间内,软件不引起系统失效的概率。1.1 影响要素可靠度,失效率,使用条件,规定时间,系统输入,系统使用,软件缺陷等失效率(风险函数/条件失效强度)- 系统未出现失效的...


    1. 可靠性的定义

    在规定的条件下,在规定的时间内,软件不引起系统失效的概率。

    1.1 影响要素

    可靠度,失效率,使用条件,规定时间,系统输入,系统使用,软件缺陷等

    失效率(风险函数/条件失效强度)- 系统未出现失效的此刻情况下,单位时间系统出现失效的概率。

    1.2 子特性

    成熟性,容错性,易恢复性,依从性


    2 可靠性技术

    2.1 避错技术

    2.2 降低复杂度设计

    保证实现软件功能的基础上,简化软件结构


    2.3 检错技术

    一般采用“查出故障,停止软件运行,报警”的实现方式,根据故障的不同情况,采用不停止或部分停止软件系统运行。

    检错技术实现的代价低于容错技术,但缺点是不能自动解决故障,需要人工干预。

    实现方式:

    判断返回结果;计算运行时间;自检法(置状态标志位)


    2.4 容错技术

    2.4.1 结构冗余

    (1)静态冗余

    N版本程序设计 - 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进行多数表决。

    其中N版本的程序由不同的人独立设计,使用不同的方法,设计语言,开发环境和工具来实现。


    (2)动态冗余 (主动冗余)

    恢复快设计方法 - 选择一组操作作为容错设计单元,从而把普通的程序块变为恢复块。一个恢复块包含若干功能相同,设计差异的程序块,每一时刻有一个程序块处于运行状态,一旦某程序块出现故障,则用备份程序块予以替换。

    按照备用模块在待机时是否与主模块一起工作分为热备份系统(双重系统),冷备份系统(双工系统,双份系统)。


    2.4.2 冗余设计

    采用多种不同路径,不同算法,不同实现方法的模块或系统作为备份,在出现故障时进行替换,维持系统的正常运行。


    2.4.3 防卫式程序设计 

    通过程序中包含错误检查代码和错误恢复代码,使得一旦错误发生,程序能撤销错误状态,恢复到一个已知的正确状态中去。

    2.4.4 双机双备 (集群系统)

    2.4.5 信息冗余 (校验码)

    2.4.6 时间冗余 (重复多次相同的计算)


    3 可靠性设计的基本原则

    • 要在软件的总体设计框架中使用,并且不能与其他设计原则相冲突
    • 前提是满足提高软件质量的要求下,最终提高软件可靠性
    • 确定软件的可靠性目标,不能无限扩大,并且排在功能,用户需求,开发费用之后考虑


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  • 系统可靠性

    千次阅读 2019-04-22 08:40:43
    系统可靠性是指系统在运行过程中抗干扰(系统的故障和人为的故障)和保证其正常工作的能力,它体现在系统工作的连续性和工作的正确性。一般说,系统可靠性包括查错、纠错能力;在错误干扰下不发生崩溃及重新恢复...

           系统的可靠性是指系统在运行过程中抗干扰(系统的故障和人为的故障)和保证其正常工作的能力,它体现在系统工作的连续性和工作的正确性。一般说,系统的可靠性包括查错、纠错能力;在错误干扰下不发生崩溃及重新恢复和重新启动的能力;硬件与软件的可靠性;保证数据的存储与计算精度等。
        根据你实际参与设计的经验论述下列3个问题:    

        ①简要叙述你参与设计的系统的概要和你所担任的工作。    
        ②具体叙述你参与设计的系统中,为了提高系统的可靠性,遇到了哪些问题,你是如何采取措施,解决这些问题的。

                   为了保证系统的可靠性,必须采取相应的容错机制。容错技术分为结构冗余、信息冗余、时间冗余等。其中结构冗余包括硬件冗余和软件冗余。信息冗余是通过校验码来实现,时间冗余通过重复多次进行相同的计算来实现。提高系统可靠性的技术主要有N版本程序设计、恢复块方法、防卫式程序设计、双机热备、集群技术及冗余设计

        ③简要叙述你的这些措施的效果如何,你现在认为还有哪些应进一步改进的地方,以及如何改进。

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  • 系统的可靠性分析与设计是系统...另外也涉及系统可靠性分析与计算、系统可靠性评估和系统配置方法等概念与理论的实际工程运用等内容。  与可靠性相关的概念主要有:可靠度、可用度、可维度、平均无故障时间、平均...

    系统的可靠性分析与设计是系统架构设计师在系统分析与设计阶段、系统集成阶段应该重点考虑的问题。内容主要为可靠性设计、系统的故障模型、系统的可靠性模型、组合模型可靠性计算、马尔柯夫模型可靠性计算,以及硬件冗余、信息校验码等方面;另外也涉及系统可靠性分析与计算、系统可靠性评估和系统配置方法等概念与理论的实际工程运用等内容。

        与可靠性相关的概念主要有:可靠度、可用度、可维度、平均无故障时间、平均故障修复时间及平均故障间隔时间等。

        (1)可靠度。系统的可靠度 R(t)是指在 t=0 时系统正常的条件下,系统在时间区间[0,t] 内能正常运行的概率。

        (2)可用度。系统的可用度 A(t)是指系统在时刻 t 可运行的概率。

        (3)可维度。系统的可维度 M(t)是指系统失效后,在时间间隔内被修复的概率。

        (4)平均无故障时间。可靠度为 R(t)的系统平均无故障时间(Mean Time To Failure,MTTF)定义为从 t=0 时到故障发生时系统的持续运行时间的期望值:

        式中 λ 为失效率,是指器件或系统在单位时间内发生失效的预期次数,在此处假设为常数。

        (5)平均故障修复时间。可用度为 A(t)的系统平均故障修复时间(Mean Time To Repair,MTTR)可以用类似于求 MTTF的方法求得。

        设 A1(t)是在风险函数 Z(t)=0 且系统的初始状态为 1 状态的条件下 A(t)的特殊情况,

        则:

        此处假设修复率 μ(t) = μ(常数),修复率是指单位时间内可修复系统的平均次数,则:

                                                                               MTTR =1/ μ

        (6)平均故障间隔时间。平均故障间隔时间(Mean Time Between Failure,MTBF)常常与 MTTF 发生混淆。因为两次故障(失败)之间必然有修复行为,因此,MTBF 中应包含 MTTR。对于可靠度服从指数分布的系统,从任一时刻 t 0 到达故障的期望时间都是相等的,因此有:

        MTBF = MTTR + MTTF
     

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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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