系统的可靠性分析与设计

可靠性分析

SFTA（Software Fault Tree Analysis) 软件故障树分析。

软件故障树分析（SFTA）是一种自顶向下的软件可靠性分析方法，即从软件系统不希望发生的事件（顶事件），特别是对人员和设备的安全及可靠性产生重大影响的事件开始，向下逐步追查导致顶事件发生的原因，直至基本事件（底事件），从而确定软件故障原因的各种可能组合方式和（或）发生概率。

割集：它是导致顶上事件发生的基本事件的集合。最小割集就是引起顶上事件发生必须的最低限度的割集。

布尔代数法求计算机软件求取最小割集和最小径集。

故障树：

T=A1＋A2
　   =X1 X2 A3＋X4 A4
     =X1 X2 (X1＋X3)＋ X4 (X5＋X6)
     =X1 X2 A1＋X1 X2 A3＋ X4 X5＋X4 X6
     =X1 X2＋ X4 X5＋X4 X6
    所以最小割集为{X1，X2}，{X4，X5}，{X4，X6}。结果得到三个交集的并集，这三个交集就是三个最小割集E1={X1，X2}，E2={X4，X5}，E3={X4，X6}。用最小割集表示故障树的等效图如图：

Reference: http://www.safe001.com/anping/ap_zhishi/8_fenxi.htm

可靠性设计

容错设计技术：常用的软件容错技术主要有恢复快设计，N版本程序设计和冗余设计。
1. 恢复快设计中包含有若干功能相同、设计差异的程序块，每一时刻有一个处于运行状态，一旦某程序出现故障，则用备份程序块予以替换。

•恢复块法适合只有一台计算机的情况；

•允许只对较为复杂、容易出故障的程序段进行冗余；

•基本块与替换块的设计应尽可能相异；
•接收测试的作用非常重要，应能检测程序执行结果与预期结果的偏离，或检测和防止能触发安全事故的输出
2. N版本设计的核心是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（防止因其中某一软件模块/版本的故障而提供了错误的服务，以实现软件容错）。
3. 冗余设计的思路来源于硬件系统，但有所不同。软件冗余设计技术是采用多种不同路径，不同算法或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。
检错技术：在无须在线容错或不能采用冗余设计技术的部分，但又有较高可靠性需要时，一般采用检测性设计，在软件出现故障后能及时发现并报警，明显的缺点是不能自动解决故障。

•被动式错误检测

–在程序的若干部位设置检测点，等待错误征兆的出现

看门狗的设计：看门狗技术是控制运行时间的一种有效方法。看门狗实际上是一种计时装置，当计时启动后看门狗在累计时间，当累计时间到了规定值时触发到时中断（即狗叫）。

•主动式错误检测

–对程序状态主动进行检查
避错设计（降低复杂度设计）：软件的复杂性与软件可靠性有密切关系，软件复杂性是产生软件缺陷的重要根源。降低复杂度设计的思想就是在保证实现软件功能的基础上，简化软件结构。