2012軟考系統(tǒng)分析師程：計(jì)算機(jī)的安全、可靠性評(píng)價(jià)

　　計(jì)算機(jī)可靠性

　　計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可靠性是指從它開(kāi)始運(yùn)行(t=0)到某個(gè)時(shí)刻t這段時(shí)間內(nèi)能正常運(yùn)行的概率，用R(t)表示。失效率則是指單位時(shí)間內(nèi)失效的元件數(shù)與元件總數(shù)的比例，以λ表示。當(dāng)為λ常數(shù)時(shí)，可靠性與失效率的關(guān)系為：

　　R(t)= e-λt

　　兩次故障之間系統(tǒng)能正常工作的時(shí)間的平均值稱(chēng)為平均無(wú)故障時(shí)間：MTBF=1/λ

　　通常用平均修復(fù)時(shí)間(MTRF)來(lái)表示計(jì)算機(jī)的可維修性，即計(jì)算機(jī)的維修效率，指從故障發(fā)生到機(jī)器修復(fù)平均所需要的時(shí)間。計(jì)算機(jī)的可用性是指計(jì)算機(jī)的使用效率，它以系統(tǒng)到執(zhí)行任務(wù)的任意時(shí)刻能正常工作的概率A來(lái)表示：

　　A=MTBF/(MTBF+MTRF)

　　計(jì)算機(jī)的RAS技術(shù)，就是指用可靠性R、可用性A和可維修性S三個(gè)指標(biāo)來(lái)衡量一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

　　常見(jiàn)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可靠性數(shù)學(xué)模型有3種。

　　串聯(lián)系統(tǒng)：

　　該系統(tǒng)由N個(gè)子系統(tǒng)組成，當(dāng)且僅當(dāng)所有的子系統(tǒng)都能正常工作時(shí)，系統(tǒng)才能正常工作。整個(gè)系統(tǒng)的可靠性R和失效率λ分別為：

　　可靠性：R=R1R2…Rn

　　失效率：λ=λ1+λ2+…+λn

　　并聯(lián)系統(tǒng)：

　　該系統(tǒng)由N個(gè)子系統(tǒng)組成，只要有一個(gè)子系統(tǒng)正常工作，系統(tǒng)就能正常運(yùn)行。整個(gè)系統(tǒng)的可靠性R和失效率μ分別為：

　　可靠性：R=1-(1- R1)(1-R2)…(1- Rn)

　　失效率：

　　N模冗余系統(tǒng)：

　　該系統(tǒng)由N個(gè)(N=2n+1)相同的子系統(tǒng)和一個(gè)表決器組成，表決器把N個(gè)子系統(tǒng)中占多數(shù)相同結(jié)果的輸出作為系統(tǒng)的輸出。N模冗余系統(tǒng)的可靠性為：

　　可靠性： (其中 表示從N個(gè)元素中取j個(gè)元素的組合數(shù))

　　計(jì)算機(jī)可用性： 是指該系統(tǒng)在某一時(shí)刻提供有效使用的程度，以可用度A表示，可用度是在任意指定時(shí)刻系統(tǒng)能正確運(yùn)行的概率。一般情況下，系統(tǒng)發(fā)生故障是可以修復(fù)的，，可用下列公式計(jì)算：A=MTBF/(MTBF+MTTR)，其中MTBF為平均無(wú)故障時(shí)間，MTTR是平均修復(fù)時(shí)間。平均修復(fù)時(shí)間是指多次故障中，從開(kāi)始失效到系統(tǒng)修復(fù)所用的平均時(shí)間，可用下式計(jì)算：

　　系統(tǒng)修復(fù)時(shí)間=申請(qǐng)維修時(shí)間+等待時(shí)間+維修時(shí)間+恢復(fù)時(shí)間

　　提高計(jì)算機(jī)可用性的途徑是：提高計(jì)算機(jī)可靠性;提高計(jì)算機(jī)的可維護(hù)性，完善故障診斷與測(cè)試技術(shù)以及系統(tǒng)恢復(fù)和部件更換技術(shù);提高維護(hù)人員的素質(zhì)。

　　計(jì)算機(jī)可維護(hù)性：是指系統(tǒng)失效后在規(guī)定時(shí)間內(nèi)可修復(fù)到規(guī)定功能的能力，參數(shù)修復(fù)率和平均修復(fù)時(shí)間MTTR。

　　故障診斷與容錯(cuò)：容錯(cuò)是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生一定的硬件故障或軟件故障時(shí)仍能保持正常工作而不影響正確結(jié)果的一種性能或措施。

　　計(jì)算機(jī)的故障根據(jù)表現(xiàn)特點(diǎn)可以分為三類(lèi)。

　　永久性故障：表現(xiàn)出穩(wěn)定性和持續(xù)性，特點(diǎn)是故障可重復(fù)出現(xiàn)。

　　間歇性故障：表現(xiàn)出不穩(wěn)定性和對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)的依賴性

　　瞬時(shí)性故障：偶然原因引起的短暫故障

　　軟件故障：來(lái)源于程序錯(cuò)誤

　　故障診斷包括故障檢測(cè)和故障定位兩個(gè)方面。通常，故障診斷的主要方法有三種：

　　對(duì)電路直接進(jìn)行測(cè)試的故障定位測(cè)試法

　　“檢查診斷程序”法

　　微診斷法

　　容錯(cuò)是采用冗余方法來(lái)消除故障影響。針對(duì)硬件，有時(shí)間冗余和元器件冗余兩種方法。主要的容錯(cuò)技術(shù)有簡(jiǎn)單的雙機(jī)備份和操作系統(tǒng)支持的雙機(jī)容錯(cuò)。

　　計(jì)算機(jī)性能評(píng)價(jià)：

　　計(jì)算機(jī)性能評(píng)測(cè)是為了一定目的、按照一定步驟、選用一定的度量項(xiàng)目通過(guò)建模、計(jì)算和實(shí)驗(yàn)，對(duì)計(jì)算機(jī)性能進(jìn)行測(cè)試并對(duì)測(cè)試結(jié)果作出評(píng)價(jià)的技術(shù)。

　　計(jì)算機(jī)性能評(píng)測(cè)的度量項(xiàng)目：

　　性能指標(biāo)：

　　工作量類(lèi)，吞吐率、指令執(zhí)行速率和數(shù)據(jù)處理速率;

　　響應(yīng)性類(lèi)：響應(yīng)時(shí)間

　　利用率： 資源利用率

　　可靠性、可用性和可維護(hù)性

　　環(huán)境適應(yīng)性

　　兼容性和開(kāi)放性

　　可擴(kuò)充性

　　安全性

　　性能價(jià)格比

　　計(jì)算機(jī)性能評(píng)估的常用方法主要有：

　　時(shí)鐘頻率和指令執(zhí)行速度：可用于比較和評(píng)價(jià)同一系統(tǒng)上求解同一問(wèn)題的不同算法的性能。

　　等效指令速度法：通過(guò)各種指令在程序中所占的比例進(jìn)行計(jì)算得到的

　　核心程序法：

　　數(shù)據(jù)處理速率： 主要對(duì)CPU和主存數(shù)據(jù)處理速度進(jìn)行計(jì)算得出的

　　基準(zhǔn)程序法(benchmark)是目前一致承認(rèn)的測(cè)試性能較好方法，有多種多樣的基準(zhǔn)程序。

　　整數(shù)測(cè)試程序

　　浮點(diǎn)測(cè)試程序

　　SPEC基準(zhǔn)程序

　　TPC基準(zhǔn)程序

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