系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)師案例分析試題加答案

1111系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)師案例分析試題加答案〔三〕3個(gè)科目。下午的案例分析是考試的一大難點(diǎn)，希賽我為大試題三閱讀以下信息系統(tǒng)牢靠性問(wèn)題的說(shuō)明，答復(fù)以下問(wèn)題。TTti議的軟件系統(tǒng)模塊示遐圖某軟件公司開(kāi)發(fā)一項(xiàng)基于數(shù)據(jù)流的軟件，其系統(tǒng)的主要功能是對(duì)輸入數(shù)據(jù)求方對(duì)該系統(tǒng)的軟件牢靠性要求很高，要求系統(tǒng)能夠長(zhǎng)時(shí)間無(wú)故障運(yùn)行。該公司將該系統(tǒng)設(shè)計(jì)交給王工TTti議的軟件系統(tǒng)模塊示遐圖李工對(duì)王工的方案提出了異議。李工認(rèn)為王工的說(shuō)法有兩個(gè)問(wèn)2222之間全部承受串0.99則整0.9945.96:一承受N或者格外重要的模塊進(jìn)展冗余設(shè)計(jì)，將模塊之間的串聯(lián)構(gòu)造局部來(lái)提高整個(gè)軟件系統(tǒng)的牢靠性。同時(shí)，李工給出了承受動(dòng)態(tài)冗余技術(shù)后的軟件系統(tǒng)模塊示意圖，如下圖。劉工建議，MlM4模塊沒(méi)有承受容錯(cuò)設(shè)計(jì)，但MlM4發(fā)生故障有可能導(dǎo)致嚴(yán)峻后果。因此，可以在Ml和M4模塊設(shè)計(jì)上承受檢錯(cuò)技術(shù)，在軟件出現(xiàn)故障后能準(zhǔn)時(shí)覺(jué)察并報(bào)警，提示維護(hù)人員進(jìn)展處理。0.99。33331釋其含義。2N版本程序設(shè)計(jì)技術(shù)，給出圖中模塊M2承受圖動(dòng)態(tài)冗余技術(shù)后的牢靠度。3式。參考答案1、牢靠度就是系統(tǒng)在規(guī)定的條件下、規(guī)定的時(shí)間內(nèi)不發(fā)生失效的概率。未消滅失效的狀況下，單位時(shí)間系統(tǒng)消滅失效的概率。［解析］考生細(xì)心分析題目中所描述的內(nèi)容。是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能4444定的時(shí)間內(nèi),軟件不引起系統(tǒng)失效的概率。2手段到達(dá)容錯(cuò)的目的。其主要方式是多重模塊待機(jī)儲(chǔ)備，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到某工作模塊消滅錯(cuò)誤時(shí)，就用一個(gè)備用的模塊來(lái)替代它并重運(yùn)行。各備用模塊在其〔雙重系統(tǒng)后者叫冷備份系統(tǒng)〔N版本程序設(shè)計(jì)是一種靜態(tài)的故障N個(gè)具有一樣功能的程序同時(shí)執(zhí)行一項(xiàng)計(jì)算，結(jié)果N個(gè)版本的程序必需由不同的人獨(dú)立設(shè)計(jì)，使用不N個(gè)版本的程序在表決點(diǎn)上相關(guān)錯(cuò)誤的概率。5555M2承受動(dòng)態(tài)冗余后的牢靠度為：21-(1-0.99)3“.999999李工的方案同時(shí)承受了串聯(lián)和并聯(lián)方式，其計(jì)算方法為首先計(jì)算出中間M2和M3兩個(gè)并聯(lián)系R=0.99x0.999999x0.999999x0.99“0.9本問(wèn)題考察在常規(guī)的軟件設(shè)計(jì)中，各種方法和技術(shù)，度設(shè)汁等技術(shù)。其中，容錯(cuò)設(shè)計(jì)技術(shù)主要有冗余設(shè)計(jì)、恢復(fù)塊設(shè)計(jì)和N版本程序設(shè)計(jì)三種方法。①冗余設(shè)計(jì)冗余是指在正常系統(tǒng)運(yùn)行所需的根底上加上肯定數(shù)量的資源，包括信息、時(shí)間、硬件和軟件。冗余是容錯(cuò)技術(shù)的根底，通過(guò)冗余資源的參加，可以使系統(tǒng)的牢靠性得到較大的提高。主要的冗余技術(shù)有構(gòu)造冗余(硬件冗余和常用余三種。具體闡述如下。靜態(tài)冗余。靜態(tài)冗余又稱(chēng)為屏蔽冗余或被動(dòng)冗余,常用的有三模冗余和多模冗余。靜態(tài)冗余通過(guò)表決和比較來(lái)屏蔽系統(tǒng)中消滅的錯(cuò)誤。例如,三模冗余是對(duì)三個(gè)功能一樣，但由不同的人承受不同的方法開(kāi)發(fā)出的模塊的運(yùn)行結(jié)果進(jìn)展能夠被其他模塊的6666正確結(jié)果“屏蔽“。由于無(wú)須對(duì)錯(cuò)誤進(jìn)展特別的測(cè)試，也不必進(jìn)展模塊的切換就能實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)，故稱(chēng)為靜態(tài)容錯(cuò)。動(dòng)態(tài)冗余。動(dòng)態(tài)冗余又稱(chēng)為主動(dòng)冗余，它是通過(guò)故障檢測(cè)、故障定位及故障恢復(fù)等手段到達(dá)容錯(cuò)的目的。其主要方式是多重模塊待機(jī)儲(chǔ)藏，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到某工作模塊消滅錯(cuò)誤時(shí)，就用一個(gè)備用的模塊來(lái)頂替它并重運(yùn)行。各備用模塊在其待機(jī)時(shí)，可與主模塊一樣工作，也可不工作。前者叫做熱備份系統(tǒng)〔雙重系統(tǒng)后者叫做冷備份系〔雙工系統(tǒng)雙份系統(tǒng)在熱備份系統(tǒng)中，兩套系統(tǒng)同時(shí)同步運(yùn)行當(dāng)聯(lián)機(jī)子系統(tǒng)檢測(cè)到錯(cuò)誤時(shí)退出效勞進(jìn)展檢修,而由熱備份子系統(tǒng)接替：［作，備用模塊在待機(jī)過(guò)程中其失效率為0; 處于冷備份的子系統(tǒng)尋常停機(jī)或者運(yùn)行與聯(lián)機(jī)系統(tǒng)無(wú)關(guān)的運(yùn)算，當(dāng)聯(lián)機(jī)子系統(tǒng)產(chǎn)生故障時(shí)，人工或自動(dòng)進(jìn)展切換使冷備份系統(tǒng)成為聯(lián)機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行冷備份時(shí)不能保證從系統(tǒng)斷點(diǎn)處準(zhǔn)確地連續(xù)工作,由于備份機(jī)不能取得原來(lái)的機(jī)器上當(dāng)前運(yùn)行的全部數(shù)據(jù)。混合冗余?；旌先哂嗉夹g(shù)是將靜態(tài)冗余和動(dòng)態(tài)冗余結(jié)合起來(lái)，且取兩者之特長(zhǎng)。它先使用靜態(tài)冗余中的故障屏蔽技術(shù)，使系統(tǒng)免受某些可以被屏蔽的故障的影響。而對(duì)那些無(wú)法屏蔽的故障則承受主動(dòng)冗余中的故障檢測(cè)、故障定大優(yōu)于靜態(tài)冗余和動(dòng)又要有7777動(dòng)態(tài)冗余的各種檢測(cè)和定位等功能，它的附加硬件的開(kāi)銷(xiāo)是相當(dāng)大的，所以混信息冗余。信息冗余是在實(shí)現(xiàn)正常功能所需要的信息外，再添 加一些信息以保證運(yùn)行結(jié)果正確性的方法例如,檢錯(cuò)碼和糾錯(cuò)碼就是信息冗余的例子。這種冗余信息的添加方法是依據(jù)一組預(yù)定的規(guī)章進(jìn)展的。符合添加規(guī)章而形成的帶有冗余信息的字稱(chēng)為碼字,而那些雖帶有冗余信息但不符合添加規(guī)章的字則稱(chēng)為非碼字當(dāng)系統(tǒng)消滅故障時(shí)可能會(huì)將碼字變成非碼字于是在譯碼過(guò)程中會(huì)將引起非碼字的故障檢測(cè)出來(lái)，這就是檢錯(cuò)碼的根本思想。糾錯(cuò)碼則不僅可以將錯(cuò)誤檢測(cè)出來(lái)，還能將由故障引起的非碼字訂正成正確的碼字。由此可見(jiàn)，信息冗余的主要任務(wù)在于爭(zhēng)論出一套抱負(fù)的編碼和譯碼技術(shù)來(lái)提高信息冗余的效率。編碼技術(shù)中應(yīng)用最廣泛的是奇偶校驗(yàn)碼、海明校驗(yàn)碼和循環(huán)冗余校驗(yàn)碼。時(shí)間冗余。時(shí)間冗余是以時(shí)間〔即降低系統(tǒng)運(yùn)行速度〕為代價(jià)以削減硬件冗余和信息冗余的開(kāi)銷(xiāo)來(lái)到達(dá)提高牢靠性的目的。在某些實(shí)際應(yīng)用中，硬件冗余和信息冗余的本錢(qián)、體積、功耗、重量等開(kāi)銷(xiāo)可能過(guò)高,而時(shí)間并不是太重要的因素時(shí)，可以使用時(shí)間冗余。時(shí)間冗余的根本概念是重復(fù)屢次進(jìn)展一樣的計(jì)算，或稱(chēng)為重復(fù)執(zhí)行8888〔復(fù)執(zhí)〕,以到達(dá)故障檢測(cè)的目的。實(shí)現(xiàn)時(shí)間冗余的方法很多，但是其根本思想不外乎是對(duì)一樣的計(jì)算任務(wù)重復(fù)執(zhí)行屢次，然后將每次的運(yùn)行結(jié)果存放起來(lái)再冗余附加。冗余附加是指為實(shí)現(xiàn)上述冗余技術(shù)所需的資源和技術(shù)，包括程序、指令、數(shù)據(jù)，以及存放和調(diào)用它們的空間等。動(dòng)態(tài)冗余又稱(chēng)為主動(dòng)冗余,它是通過(guò)故障檢測(cè)、故障定位及故障恢復(fù)等手段到達(dá)容錯(cuò)的目的。其主要方式是多重模塊待機(jī)儲(chǔ)藏,當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到某工作模塊消滅錯(cuò)誤時(shí)，就用一個(gè)備用的模塊來(lái)頂替它并重運(yùn)行。各備用模塊在其待機(jī)時(shí),可與主模塊一樣工作,也可不工作。前者叫做熱備份系統(tǒng)〔雙重系統(tǒng)〕,后者叫做冷備份系統(tǒng)〔雙工系統(tǒng)、雙份系統(tǒng)〕。在熱備份系統(tǒng)中,兩套系統(tǒng)同時(shí)、同步運(yùn)行，當(dāng)聯(lián)機(jī)子系統(tǒng)檢測(cè)到錯(cuò)誤時(shí)，退出效勞進(jìn)展檢修,而由熱備份子系統(tǒng)接替工作,備用模塊在待機(jī)過(guò)程中其失效率為0;處于冷備份的子系統(tǒng)平時(shí)停機(jī)或者運(yùn)行與聯(lián)機(jī)系統(tǒng)無(wú)關(guān)的運(yùn)算，當(dāng)聯(lián)機(jī)子系統(tǒng)產(chǎn)生故障時(shí),人工或自動(dòng)進(jìn)展切換,使冷備份系統(tǒng)成為聯(lián)機(jī)系統(tǒng)。在運(yùn)行冷備份時(shí)，不能保證從系統(tǒng)斷點(diǎn)處準(zhǔn)確地連續(xù)工作，由于備份機(jī)不能?、诨謴?fù)塊設(shè)計(jì)恢復(fù)塊設(shè)計(jì)是一種動(dòng)態(tài)的故障屏蔽技術(shù)，承受后9999向恢復(fù)策略?；謴?fù)塊設(shè)計(jì)供給具有一樣功能的主塊和幾個(gè)后備塊,—個(gè)塊就是一個(gè)執(zhí)行完整的程序段，主塊首先投入運(yùn)行,完畢后進(jìn)行驗(yàn)證測(cè)試,假設(shè)沒(méi)有通過(guò)I1運(yùn)行完畢后也進(jìn)展驗(yàn)證2運(yùn)行。重復(fù)這一過(guò)程，可以重復(fù)到耗盡全部的后備塊，或者某個(gè)程序故瞳行為超出了預(yù)料,從而導(dǎo)致不行恢復(fù)的后果。在程序設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)保證明現(xiàn)主塊和后備塊之間的獨(dú)立性,恢復(fù)塊設(shè)計(jì)依靠于一個(gè)裁決者,那就是驗(yàn)證測(cè)試〔可承受測(cè)試〕,由它來(lái)打算同一算法不同實(shí)現(xiàn)的計(jì)算結(jié)果是否正確。帶有恢復(fù)塊的系統(tǒng)被分成故障可恢級(jí)模塊和一個(gè)例外處理模塊，以及一個(gè)驗(yàn)證測(cè)試模塊。驗(yàn)證測(cè)試模塊完成故障檢測(cè)功能,它本身的故障對(duì)恢復(fù)塊方法而言是共性的，因此，必需確保它的正確簡(jiǎn)潔。③NN版本程序設(shè)計(jì)是一種靜態(tài)的故障屏蔽技術(shù)，其設(shè)計(jì)N個(gè)具有一樣功能的程序同時(shí)執(zhí)行一項(xiàng)計(jì)算,結(jié)果通過(guò)多數(shù)表決來(lái)選N個(gè)版本的程序必需由不同的人獨(dú)立設(shè)計(jì)，使用不同的方法、設(shè)計(jì)語(yǔ)言、開(kāi)發(fā)環(huán)境和工具來(lái)實(shí)現(xiàn),10101010目的是削減N個(gè)版本的程序在表決點(diǎn)上相關(guān)錯(cuò)誤的概率。④牢靠性計(jì)算計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)簡(jiǎn)單系統(tǒng)，影響其牢靠性的因素很多,很難直接進(jìn)展牢靠性分析,往往需要建立對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。組合模型是分析系統(tǒng)牢靠性的一種常用方法。組R1XR2X……xRn并聯(lián)系統(tǒng)：R二x……x(l-Rn)串聯(lián)和并聯(lián)混合系統(tǒng)則依據(jù)實(shí)際狀況，敏捷運(yùn)用上述兩個(gè)計(jì)算公式。M2承受動(dòng)態(tài)冗余后,成為并聯(lián)系統(tǒng)，則其牢靠度 為：21-(1-0.99)3=0.999999。李工給出的方案同時(shí)承受了串聯(lián)和并聯(lián)方式其計(jì)算方法為首先計(jì)算出中間M2和M3兩個(gè)并聯(lián)系統(tǒng)的牢靠度，再依據(jù)串聯(lián)系統(tǒng)的計(jì)算方法計(jì)算出整個(gè)系統(tǒng)的牢靠度。R=0.99x0.999999x0.999999x0.99=0.983、檢錯(cuò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的代價(jià)一股低于容錯(cuò)技術(shù)和冗余技術(shù)，但有—個(gè)明顯的缺點(diǎn),就是不能自動(dòng)解決故障，消滅故障后假設(shè)不進(jìn)展人工干預(yù)，將最終導(dǎo)致軟件系統(tǒng)不能正常運(yùn)行。檢錯(cuò)技術(shù)常見(jiàn)的實(shí)現(xiàn)方式：最直接的一種實(shí)現(xiàn)方式是推斷返回結(jié)果，假設(shè)返回結(jié)果超出正常范圍,則進(jìn)展特別處理；計(jì)算運(yùn)行時(shí)間也是一種常用技術(shù),置狀態(tài)標(biāo)志位等多種方法,自檢的實(shí)現(xiàn)方式需要依據(jù)實(shí)際狀況來(lái)選用。檢錯(cuò)技術(shù)的處理方式，大多數(shù)都承受“查處故瞳-停頓軟件運(yùn)行-報(bào)警“的處理方式。但依據(jù)故障的不同狀況，也有承受不停頓11111111或局部停頓軟件系統(tǒng)運(yùn)行的狀況，這一般由故瞳是否需要實(shí)時(shí)處理來(lái)打算。本問(wèn)題考察軟件牢靠性設(shè)計(jì)中的檢錯(cuò)技術(shù)。檢錯(cuò)技術(shù)常見(jiàn)的實(shí)現(xiàn)方式有很多種,最直接的一種實(shí)現(xiàn)方式是推斷返回結(jié)果，如果返回結(jié)果超出正常范圍，則進(jìn)展特別處理；計(jì)算運(yùn)行時(shí)間也是一