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1、第一章第一章 数字计算系统可信性及属性数字计算系统可信性及属性杨秋伟湖南大学 计算机与通信学院1.1 可信性定义及问题的提出可信性定义及问题的提出o信息技术学科理论、技术和产品被广泛应用n航空航天、军事、国防、商业等各个领域n生命和财产安全o对信息技术领域的新技术、新产品的一般性标准n高性能n低成本n便于使用（可用性）n易于维修、可改进（可维护性）1.1 可信性定义及问题的提出可信性定义及问题的提出o因控制失效因控制失效/失误造成的大事件失误造成的大事件(一般性要求不能涵盖的范围一般性要求不能涵盖的范围)n1986年“切尔诺贝利”核泄漏事故安全保护系统操作失误n2005年“哥伦比亚”号航天飞机
2、事故 热保护系统失效n2008年法国兴业银行欺诈案操作监管不足n2009年“6.29”郴州火车相撞事故制动失效o一般性标准之外一般性标准之外n功能可用、功能可靠n故障可预见、故障可修复、故障应急处理n信息的保密性1.1 可信性定义及问题的提出可信性定义及问题的提出o数字计算系统的可信服务标准数字计算系统的可信服务标准n可靠性（reliability）：一定条件下能正常完成所规定任务的能力n可用性（availability）n可测性（testability）：避免、防止、检测、诊断和修复故障的能力n可维护性（maintainability）n安全性（safety）：限制因故障等原因引起的严重后果
3、的能力n保密性（security）：保持系统内部信息的信任度、完整性的能力六大评估标准衡量系统可以提供确实可信服务的综合能力六大评估标准衡量系统可以提供确实可信服务的综合能力可信性可信性1.2 影响可信性计算的主要因素影响可信性计算的主要因素o影响可信性计算的三大主要因素影响可信性计算的三大主要因素n失效失效o系统运行到一定的时间，或在一定的条件下偏离它预期设计的要求或规定的功能n错误错误o在系统内部的某一部分（模块）由于产生了非正常行为或状态n故障故障o产生失效的似然条件和推理上的原因1.2 影响可信性计算的主要因素影响可信性计算的主要因素故障故障o故障的起源故障的起源n故障的发源地故障的发
4、源地o系统内部n人为设计、生产和运行的过失n非人为元件老化等o系统外部n人为输入错误、按键错误、数据错误等n非人为温度、湿度、震动等外部环境的影响n故障形成的时间故障形成的时间o形成于系统的整个生命周期1.2 影响可信性计算的主要因素影响可信性计算的主要因素故障故障o故障的性质故障的性质(从基本性质分析从基本性质分析)n功能性故障功能性故障人为造成人为造成o人为的原因造成功能的缺失或者不完善，例如程序实现时漏输语句、错写一个符号等n技术性故障技术性故障(工艺性故障工艺性故障)o硬件系统受环境和元件老化的影响出现很多如信号线开路或短路、半导体突然截止等现象物理故障物理故障/硬故障硬故障o软件系统
5、因为新旧版本不兼容产生了服务停止或服务错误的现象1.2 影响可信性计算的主要因素影响可信性计算的主要因素故障故障o故障的性质故障的性质(从故意性分析从故意性分析)n非故意性故障非故意性故障n故意性故障故意性故障o故障的性质故障的性质(从持续时间分析从持续时间分析)n永久性故障永久性故障如如s-a-V故障故障n暂时性故障暂时性故障o间歇性故障如接触不良o瞬时性故障如闪电、打雷1.2 影响可信性计算的主要因素影响可信性计算的主要因素错误错误o错误和故障的关系错误和故障的关系n错误错误是系统内部某一部分(模块)由于故障而产生了非正常行为或状态的现象o故障是错误的起因，错误是故障的产物和后果o故障产生
6、错误需要时间时间(延迟延迟)和通路通路(故障链故障链)两大条件n故障潜伏期故障潜伏期o故障的出现到错误形成点错误形成点的时间间隔非活动故障非活动故障(区别于区别于活动故障活动故障)1.2 影响可信性计算的主要因素影响可信性计算的主要因素错误错误o错误的分类错误的分类n按错误状态分类按错误状态分类o静态错误相对稳定的错误o动态错误状态不稳定的错误n按错误的持续时间分类按错误的持续时间分类o永久性错误o暂时性错误1.2 影响可信性计算的主要因素影响可信性计算的主要因素错误错误o错误的传递性错误的传递性n故障一旦被激活，就可能在系统内部扩散、传播直到传到系统的输出端，形成非正常的行为或状态，最终形成
7、系统失效失效o错误传播与故障所在系统的位置、故障的发生时间相关，导致形成的错误不同，失效方式也随之不同o错误可以在传播过程中消失1.2 影响可信性计算的主要因素影响可信性计算的主要因素失效失效o失效的分类失效的分类n值域模式分类值域模式分类o数值失效和时间失效n时域模式分类时域模式分类o持续性失效和瞬时性失效n感受模式分类感受模式分类o一致性失和非一致性失效n后果严重性分类后果严重性分类o良性失效、严重失效、危险性失效和灾难性失效1.2 影响可信性计算的主要因素影响可信性计算的主要因素故障链故障链o故障错误失效(外部后果)发生故障点错误形成点故障潜伏期失效非活动故障阶段故障被激活发生故障点错误形成点故障潜伏期系统失效错误传递惰性现象产生失效的外部后果1.3 可信性的评估测度和提高可信性的措施可信性的评估测度和提高可信性的措施o可信性的评估测度可信性的评估测度o提高可信性的措施提高可信性的措施可信性六大可信性六大属性属性可靠性可靠性可用性可用性可维护性可维护性可测试性可测试性安全性安全性保密性保密性提高可信性提高可信性的解决方案的解决方案冗余技术冗余技术故障避免和防止技术故障避免和防止技术故障排除技术故障排除技术容错技术容错技术故障安全技术故障安全技术1.4 课后习题课后习题oPage10 习题1.1oPage10 习题1.4 + 习题1.5
