脚踏实地

题型主要是考论文写作。

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→（MTTF）系统无故障运行的平均时间。无故障运行时间（“健康”状态）。
• 平均故障修复时间→（MTTR）从出现故障到修复成功中间的这段时间。故障恢复时间（“修复”状态）。
• 平均故障间隔时间→（MTBF）MTBF=MTTR+MTTF
• 平均检测时间→（MTTD）故障发生到被检测出来的时间【潜伏期】。

系统可用性→MTTF/（MTTR+MTTF)×100%。

实际应用中，一般MTTR很小，所以通常认为MTBF≈MTTF。

串联系统与并联系统

串联系统功能不同，类似电路设计中的串联。系统中所有组件必须全部正常工作，整个系统才能正常运行。任一组件故障会导致整个系统失效。

可靠性计算公式为：

示例，一个由3个组件（可靠性分别为0.9、0.8、0.95）串联的系统，总可靠性为：R=0.9×0.8×0.95=0.0684(68.4%)。 可靠性随组件数量增加而急剧下降（乘法效应）。

并联系统功能相同，系统中至少有一个组件正常工作，整个系统即可运行。通过冗余设计提高可靠性，但成本较高。

可靠性计算公式为：

示例，两个冗余组件（可靠性均为0.8）并联的系统，总可靠性为：R=1-（(1-0.8)*(1-0.8)）=0.96(96%)。 可靠性随冗余组件数量增加而显著提升（指数效应）。

混合系统计算示例：

可靠性模型

可靠性模型大致可分为10类：

1. 种子法模型：预先有意“播种”一些设定的错误“种子”，再看种子发现比例。 例如，提前预留10bug去测试，测试人员发现7个，则认为该系统整体还有30%的bug未被发现。
2. 失效率类模型：如：Jelinski-Moranda的De-eutrophication模型、Schick-Wolverton模型。
3. 曲线拟合类模型：用回归分析的方法研究软件复杂性、程序中的缺陷数、失效率、失效间隔时间。
4. 可靠性增长模型：预测软件在检错过程中的可靠性改进，用增长函数来描述软件的改进过程。
5. 程序结构分析模型：根据程序、子程序及其相互间的调用关系，形成一个可靠性分析网络。
6. 输入域分类模型：选取软件输入域中的某些样本“点”运行程序，根据这些样本点在“实际”使用环境中的使用概率的测试运行时的成功/失效率，推断软件的使用可靠性。
7. 执行路径分析方法模型：先计算程序各逻辑路径的执行概率和程序中错误路径的执行概率，再综合出该软件的使用可靠性。
8. 非齐次泊松过程模型：以软件测试过程中单位时间的失效次数为独立泊松随机变量，来预测在今后软件的某使用时间点的累计失效数。
9. 马尔可夫过程模型：如：完全改错的线性死亡模型、不完全改错的线性死亡模型。
10. 贝叶斯分析模型：利用失效率的试验前分布和当前的测试失效信息，来评估软件的可靠性。

软件可靠性设计

影响软件可靠性的因素

1. 软件开发方法和开发环境。
2. 运行环境。
3. 软件规模。规模越小，可靠性越高。
4. 软件内部结构。内部越复杂越容易出错。
5. 软件的可靠性投入。投入越多，可靠性越高。

可靠性设计策略

1. 避错技术。如将软件进行测试，测出问题后将其修正，但存在测试盲区，不能将其完全消除。
2. 降低复杂度设计。
3. 检错技术。发现错误后报警，人工处理，成本较低。
4. 容错技术（重点）。出现错误，但是能包容错误，不会影响系统正常运行，一般使用冗余实现。 分为结构冗余（硬件软件冗余）、信息冗余（校验码）、时间冗余（重复多次进行相同计算）。

容错技术-N版本程序设计

N版本程序设计（N-version Programming，NVP）其核心思想是让多个独立开发的程序版本同时执行相同任务，通过结果比对或投票机制筛选出正确结果，从而降低单一版本错误导致系统失效的风险。

与通常软件开发过程不同的是，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。

容错技术-恢复块方法

恢复块方法（Recovery Block Method）是一种软件容错技术，通过被动冗余和错误恢复机制来提高系统可靠性。其核心思想是“先执行主版本，若失败则切换备用版本”，依赖于接受测试（Acceptance Test）来判断主版本结果的正确性，而非多版本并行执行。

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。必须保证验证测试程序的正确性。

容错技术-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。

容错技术-双机容错

双机容错技术是集群技术的前身，即用两台机器达到容错的目的。

双机的模式：

1. 双机热备：1主1备，心跳相连，主服务器跑业务，备服务器待命，当检测到主服务器宕机时，备服务器自动启动，接管主服务器的任务。
2. 双机互备：1主1备，心跳连接，同时提供不同的服务，两服务器互为备份。当某个服务器宕机时，另一个服务器自动启动，接管宕机的服务器的任务。
3. 双机双工模式：1主1备，心跳连接，同时提供相同的业务，集群的一种。当某一服务器宕机时，另一个服务器自动启动，接管宕机的服务器的任务。