2012軟考系統(tǒng)分析師程：計算機的安全、可靠性評價

　　計算機可靠性

　　計算機系統(tǒng)的可靠性是指從它開始運行(t=0)到某個時刻t這段時間內(nèi)能正常運行的概率，用R(t)表示。失效率則是指單位時間內(nèi)失效的元件數(shù)與元件總數(shù)的比例，以λ表示。當為λ常數(shù)時，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)能正常工作的時間的平均值稱為平均無故障時間：MTBF=1/λ

　　通常用平均修復時間(MTRF)來表示計算機的可維修性，即計算機的維修效率，指從故障發(fā)生到機器修復平均所需要的時間。計算機的可用性是指計算機的使用效率，它以系統(tǒng)到執(zhí)行任務的任意時刻能正常工作的概率A來表示：

　　A=MTBF/(MTBF+MTRF)

　　計算機的RAS技術(shù)，就是指用可靠性R、可用性A和可維修性S三個指標來衡量一個計算機系統(tǒng)。

　　常見的計算機系統(tǒng)可靠性數(shù)學模型有3種。

　　串聯(lián)系統(tǒng)：

　　該系統(tǒng)由N個子系統(tǒng)組成，當且僅當所有的子系統(tǒng)都能正常工作時，系統(tǒng)才能正常工作。整個系統(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個子系統(tǒng)組成，只要有一個子系統(tǒng)正常工作，系統(tǒng)就能正常運行。整個系統(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(N=2n+1)相同的子系統(tǒng)和一個表決器組成，表決器把N個子系統(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個元素中取j個元素的組合數(shù))

　　計算機可用性： 是指該系統(tǒng)在某一時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刻系統(tǒng)能正確運行的概率。一般情況下，系統(tǒng)發(fā)生故障是可以修復的，，可用下列公式計算：A=MTBF/(MTBF+MTTR)，其中MTBF為平均無故障時間，MTTR是平均修復時間。平均修復時間是指多次故障中，從開始失效到系統(tǒng)修復所用的平均時間，可用下式計算：

　　系統(tǒng)修復時間=申請維修時間+等待時間+維修時間+恢復時間

　　提高計算機可用性的途徑是：提高計算機可靠性;提高計算機的可維護性，完善故障診斷與測試技術(shù)以及系統(tǒng)恢復和部件更換技術(shù);提高維護人員的素質(zhì)。

　　計算機可維護性：是指系統(tǒng)失效后在規(guī)定時間內(nèi)可修復到規(guī)定功能的能力，參數(shù)修復率和平均修復時間MTTR。

　　故障診斷與容錯：容錯是指計算機系統(tǒng)在運行過程中發(fā)生一定的硬件故障或軟件故障時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。

　　計算機的故障根據(jù)表現(xiàn)特點可以分為三類。

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

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

　　瞬時性故障：偶然原因引起的短暫故障

　　軟件故障：來源于程序錯誤

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

　　對電路直接進行測試的故障定位測試法

　　“檢查診斷程序”法

　　微診斷法

　　容錯是采用冗余方法來消除故障影響。針對硬件，有時間冗余和元器件冗余兩種方法。主要的容錯技術(shù)有簡單的雙機備份和操作系統(tǒng)支持的雙機容錯。

　　計算機性能評價：

　　計算機性能評測是為了一定目的、按照一定步驟、選用一定的度量項目通過建模、計算和實驗，對計算機性能進行測試并對測試結(jié)果作出評價的技術(shù)。

　　計算機性能評測的度量項目：

　　性能指標：

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

　　響應性類：響應時間

　　利用率： 資源利用率

　　可靠性、可用性和可維護性

　　環(huán)境適應性

　　兼容性和開放性

　　可擴充性

　　安全性

　　性能價格比

　　計算機性能評估的常用方法主要有：

　　時鐘頻率和指令執(zhí)行速度：可用于比較和評價同一系統(tǒng)上求解同一問題的不同算法的性能。

　　等效指令速度法：通過各種指令在程序中所占的比例進行計算得到的

　　核心程序法：

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

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

　　整數(shù)測試程序

　　浮點測試程序

　　SPEC基準程序

　　TPC基準程序

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