系统架构设计师 - 系统可靠性分析与设计

大家好呀！我是小笙，本章我主要分享系统架构设计师 - 系统可靠性分析与设计知识，希望内容对你有所帮助！！

系统可靠性分析与设计（论文写作）

可靠性相关基本概念 ★★

强调一下可靠性和可用性的区别

• 可靠性是软件系统在应用或系统错误面前，在意外或错误使用的情况下维持软件系统的功能特性的基本能力
• 可用性是系统能够正常运行的时间比例

软件可靠性、硬件可靠性

• 复杂性：软件复杂性比硬件高，大部分失效来自于软件失效
• 物理退化：硬件失效主要是物理退化所致，软件不存在物理退化
• 唯一性：软件是唯一的，每个COPY版本都一样，而两个硬件不可能完全一样
• 版本更新周期：硬件较慢，软件较快

系统可靠性分析 ★★★★

可靠性指标

• 平均无故障时间：越长越好
• 平均故障修复时间：越短越好
• 平均故障间隔时间：约等于无故障时间，因为故障修复时间相对于无故障时间来说一般会很小
• 系统可用性：无故障时间 / 总时间 * 100%

串联系统与并联系统

可靠性 R = R1 * R2 * R3 * … * Rn 串联系统连得越多可靠性越低

可靠性 R = 1 - (1-R1) * (1-R2) * … * (1-Rn)，串联系统连得越多可靠性越高

例题

1、混合系统计算可靠性，结果：R×(1-(1-R)^3)×(1- (1-R)^2)

软件可靠性设计 ★★★★

影响软件可靠性的主要因素

• 软件的开发方法和开发环境
• 运行环境
• 软件规模
• 软件内部结构
• 软件的可靠性投入

可靠性设计策略

• 避错技术：自测，测试阶段就避免错误
• 降低复杂度设计
• 检错技术：出错后报警，人工处理，成本较低
• 容错技术（重点）
  • 结构冗余（硬件冗余、软件冗余）
  • 信息冗余（校验码）
  • 时间冗余（重复多次进行相同的计算）
  • N 版本程序设计（静态冗余）
  • 恢复块设计（动态冗余）
  • 防卫式程序设计

N 版本程序设计

• N 版本程序设计增加了三个新的阶段：相异成分规范评审、相异性确认、背对背测试
• N 版本程序的同步、N 版本程序之间的通信、表决算法（全等表决、非精确表决、Cosmetie 表决)、一致比较问题、数据相异性

设计时应保证实现主块和后备块之间的独立性，避免相关错误的产生，使主块和备份块之间的共性错误降到最低程度

N 版本程序设计和恢复块设计的区别

• 前向恢复：使当前的计算继续下去，把系统恢复成连贯的正确状态，弥补当前状态的不连贯情况
• 后向恢复：系统恢复到前一个正确状态，继续执行

防卫式程序设计

对于程序中存在的错误和不一致性，通过在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

实现策略：错误检测、破坏估计、错误恢复

双击容错

双机模式是集群的前身

• 双机热备模式（主系统、备用系统）
• 双机互备模式（同时提供不同的服务，心不跳则接管）
• 双机双工模式（同时提供相同的服务，集群的一种）