計算機系統(tǒng)的可靠性

計算機系統(tǒng)的可靠性3.1計算機系統(tǒng)的可靠性3.1.l計算機系統(tǒng)的可靠性可靠性基本指標：可靠度，失效概率，失效密度，平均壽命（或平均無故障時間）等可靠度：是指計算機在規(guī)定的條件下和給定的時間內(nèi)完成預(yù)定功能的概率?！捌骄鶋勖币步泄收祥g隔平均時間（MTBF），或平均無故障工作時間（MTTF）。如果用n個元件進行一次壽命試驗，直到全部元件損壞為止，把每個元件損壞以前的工作時間記為t1，t2，…，tx，其平均壽命公式：3.1計算機系統(tǒng)的可靠性

計算機系統(tǒng)可靠性各指標的關(guān)系3.1計算機系統(tǒng)的可靠性影響計算機可靠性的因素有內(nèi)因和外因內(nèi)因是指機器本身的因素，包括設(shè)計、工藝、結(jié)構(gòu)、調(diào)試等因素，元件選擇和使用不當(dāng)、電路和結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理、生產(chǎn)工藝不良、質(zhì)量控制不嚴、調(diào)試不當(dāng)?shù)榷紩绊懹嬎銠C的可靠性；外因是指所在環(huán)境條件對系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性和維護水平的影響。環(huán)境條件包括：空氣條件、機械條件、電氣條件、電磁條件等幾個方面。在系統(tǒng)的可靠性工程中，元器件是基礎(chǔ)，設(shè)計是關(guān)鍵，環(huán)境是保證。因此，要提高信息系統(tǒng)的可靠性，除了保證系統(tǒng)的正常工作條件及正確使用和維護外，還要采取以下兩種技術(shù)：一是容錯技術(shù)，二是故障診斷。3.1計算機系統(tǒng)的可靠性容錯技術(shù)：是指用增加冗余資源的方法來掩蓋故障造成的影響，使系統(tǒng)在元器件或線路有故障或軟件有差錯時，仍能正確的執(zhí)行預(yù)定算法的功能。容錯技術(shù)也稱為冗余技術(shù)或故障掩蓋技術(shù)。計算機信息系統(tǒng)的容錯技術(shù)通常采用硬件冗余（多重結(jié)構(gòu)、表決系統(tǒng)、雙工系統(tǒng)等）、時間冗余（指令復(fù)執(zhí)、程序重試等）、信息冗余（校驗碼、糾錯碼等）、軟件冗余（多重模塊、階段表決等）等方法。故障診斷：是通過檢測和排除系統(tǒng)元器件或線路故障，或糾正程序的錯誤來保證和提高系統(tǒng)可靠性的方法。3.1計算機系統(tǒng)的可靠性實踐表明，在計算機的運行中，軟故障占60％～70％。據(jù)試驗統(tǒng)計，在硬故障中，電連接方面的斷路、短路故障占23.4％，虛焊故障占33％，孔化故障占28.6％，其它類型的電連接故障占15％。在元器件方面的故障中，半導(dǎo)體器件占37.65％，電容器占20.68％，電阻器占17.36％，開關(guān)接插件占4.99％，變壓器等電感性元件占2.67％，其它元件占16.65％。3.1計算機系統(tǒng)的可靠性3.1.3計算機系統(tǒng)故障的原因?qū)?000多臺微機的故障情況進行分析，可知導(dǎo)致信息系統(tǒng)發(fā)生故障的原因大致有以下幾種因素：1．集成電路本身的缺陷2．硬件故障3．靜電感應(yīng)使元器件擊穿失效4．電氣干擾使計算機出錯5．環(huán)境條件方面的原因6．管理不善3.2計算機的故障診斷計算機的故障診斷采用人工診斷和自動診斷兩類方法。自動診斷包括功能測試法、結(jié)構(gòu)測試法和故障診斷專家系統(tǒng)等方法。3.2.l人工診斷1．拔插法2．分段查找法3．邏輯測試法4．同類比較法5．跟蹤追擊法6．壓縮隔離法7．振動敲擊法8．拉偏法9．背片法10．直接判斷法3.2計算機的故障診斷3.2.2功能測試法計算機規(guī)模的擴大和復(fù)雜性增加，人工診斷法逐漸由自動診斷法所取代。自動診斷法先后采用功能測試法、結(jié)構(gòu)測試法（也叫故障位測試法）和故障診斷專家系統(tǒng)。1．功能測試原理根據(jù)莫爾的“思維試驗”設(shè)計的。功能測試法，按其診斷程序的組成，可分為指令級功能測試和微指令級功能測試。2．診斷程序測試（1）高級診斷程序（2）QAPLUS診斷測試3.2計算機的故障診斷3.2.3微程序診斷1．微診斷測試原理用微指令組成的微診斷程序?qū)τ嬎銠C執(zhí)行微程序的功能正確性進行測試，以此來判斷機器有無故障。2．微診斷方法微診斷方法有手工測試和自動測試兩種方法。手工微診斷也叫靜態(tài)微診斷，它是在機器停機以后，由手工扳動機器開關(guān)或按鍵，進行單條微指令或單脈沖檢查。自動微診斷也稱動態(tài)微診斷，它不需要停機，而是用一條特定的診斷指令就可以調(diào)用微診斷程序。3.3計算機的抗電磁干擾3.3.1來自計算機內(nèi)部的電磁干擾計算機的電磁干擾（EMI）：計算機及其外部設(shè)備工作時產(chǎn)生的寄散（寄生）電磁輻射，在空間以電磁波的形式傳輸。當(dāng)輻射出的能量超過一定程度時就會干擾計算機本身和周圍的電子設(shè)備。包括計算機本身產(chǎn)生的電磁干擾和來自外部的電磁干擾。計算機本身產(chǎn)生的電磁干擾，這類干擾是瞬態(tài)的、隨機的，表現(xiàn)是多種多樣的。1．元器件噪聲干擾2．寄生耦合干擾3．信號反射干擾4．地線干擾5．高頻電路輻射干擾3.3計算機的抗電磁干擾3.3.2來自計算機外部的電磁干擾指電氣設(shè)備干擾、自然干擾和靜電干擾1．電氣設(shè)備干擾計算機電磁干擾主要來源。按其干擾性質(zhì)可分為：工頻干擾、開關(guān)干擾、放電干擾和射頻干擾。2．自然干擾雷電干擾、宇宙干擾、大氣放電干擾、地球熱輻射干擾和地爆電磁脈沖干擾。3．靜電干擾靜電危害是計算機、半導(dǎo)體器件的“大敵”，是造成微機半導(dǎo)體損壞的主要原因。3.3計算機的抗電磁干擾3.3.3計算機中電磁干擾的耦合形式電磁干擾源產(chǎn)生的電壓或電流干擾波，通過耦合進入計算機，使計算機電路損壞或使計算機系統(tǒng)信息丟失。按耦合介質(zhì)，可將耦合分為以下幾種形式：1．直接耦合2．共阻抗耦合3．電場耦合4．磁場耦合5．電磁感應(yīng)3.3.4計算機中的干擾抑制技術(shù)1．濾波去耦2．電磁屏蔽3．接地系統(tǒng)4．電源系統(tǒng)3.4實體的訪問控制3.4.1訪問控制的基本任務(wù)1．識別與驗證所謂“識別”，就是要明確訪問者是誰，即識別訪問者的身份。所謂“驗證”，就是證實用戶的身份。目前，最常用的驗證手段有口令機制、生物技術(shù)、視網(wǎng)膜技術(shù)3.4實體的訪問控制口令機制常用方法：①口令需加密后存放在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，一般采用單向加密算法對口令進行加密。②要使輸入口令的次數(shù)盡量減少，以防意外泄露。③當(dāng)用戶離開系統(tǒng)所屬的組織時，要及時更換他的口令。④不要將口令存放在文件或程序中，以防其他用戶讀該文件或程序時發(fā)現(xiàn)口令。⑤用戶要經(jīng)常更換口令，使自己的口令不易被猜出來。3.4實體的訪問控制2．決定用戶訪問權(quán)限對于一個已被系統(tǒng)識別與驗證了的用戶，還要對其訪問操作實施一定的限制。(1)特殊的用戶：這種用戶是系統(tǒng)的管理員，具有最高級別的特權(quán)。(2)一般的用戶：即系統(tǒng)的一般用戶，通常需要由系統(tǒng)管理員對這類用戶分配不同的訪問操作權(quán)力。(3)審計的用戶：這類用戶負責(zé)整個系統(tǒng)范圍的安全控制與資源使用情況的審計。(4)作廢的用戶：這是一類被拒絕訪問系統(tǒng)的用戶，可能是非法用戶。3.4實體的訪問控制3.4.3身份的鑒別一個是識別；一個是驗證。識別信息（識別符）一般是非秘密的，而驗證信息必須是秘密的。個人身份驗證方法分成四種類型：①驗證他知道什么；②驗證他擁有什么；③驗證他的生物特征；④驗證他的下意識動作的結(jié)果。3.4實體的訪問控制1．口令驗證口令兩種生成方法：一種是由口令擁有者自己選擇口令；另一種是由機器自動生成隨時的口令.前者的優(yōu)點是用戶很容易記住，一般不會忘記，但它的缺點是很容易被猜出來；后者的優(yōu)點是隨機性好，要想猜測很困難，它的缺點是用戶記起來要困難一些?？诹罟芾恚嚎诹畋４妗⒖诹罱粨Q。假如有A、B兩人通信，在通信之前他們對對方的身份進行鑒別。為此，他們都有各自的口令，并且還應(yīng)當(dāng)保存有對方的口令。3.4實體的訪問控制設(shè)A的口令是P，B的口令是Q。當(dāng)A向B進行通信時，B對A進行鑒別，那么A就必須首先向B發(fā)送他的鑒別信息，但A這時對B的身份也沒有進行鑒別，所以他不能直接將他的口令發(fā)送給B。問題的關(guān)鍵在于：相互進行身份鑒別的雙方都不能直接將他的口令傳送給對方，但進行身份鑒別還必須有相應(yīng)的口令信息。采用一個單向函數(shù)O。A要對B的身份進行鑒別時，他首先向B發(fā)送一個隨機選擇的值x1，這個值是非保密的，B在收到x1后，利用單向函數(shù)O對x1與B的口令Q進行如下運算：y1＝O（Q，x1）3.4實體的訪問控制B再將y1發(fā)回A。單向函數(shù)O可以保證即使知道了x1與y1，也無法恢復(fù)出Q來。這樣，在y1中既包括了B的口令，但任何人又無法恢復(fù)出B的口令。當(dāng)A收到B返回的y1后，就利用單向函數(shù)O對x1(A選擇的值）與Q（A保存的值）進行運算，然后將結(jié)果與收到的y1進行比較。如相等，A就認為B是合法的通信方，否則就認為B是非法的。如果A是非法收者，那么他也無法從y1中恢復(fù)出B的口令來。3.5記錄媒體的保護與管理3.5.1記錄的分類為了對那些必須保護的記錄提供足夠的數(shù)據(jù)保護，而對那些不重要的記錄不提供多余的保護，應(yīng)該對所有記錄進行評價并作出分類。計算機系統(tǒng)的記錄按其重要性和機密程度，可分為四類：1．一類記錄（關(guān)鍵性記錄）2．二類記錄（重要記錄）3．三類記錄（有用記錄）4．四類記錄（不重要記錄）3.5記錄媒體的保護與管理3.5.2記錄媒體的防護要求全部一類記錄部應(yīng)該復(fù)制，其復(fù)制品應(yīng)分散存放在安全地方。二類記錄也應(yīng)有類似的復(fù)制品和存放辦法。記錄媒體存放的庫房或文件柜應(yīng)具有以下條件：①存放一類、二類記錄的保護設(shè)備（如金屬文件柜）應(yīng)具有防火、防高溫、防水、防震、防電磁場的性能；三類記錄應(yīng)存放在密閉的金屬文件箱或柜中。這些保護設(shè)備應(yīng)存在庫房內(nèi)。②記錄媒體存放條件與計算機的正常工作條件相同。3.5記錄媒體的保護與管理③存放在機房外沒有復(fù)制的一、二類記錄媒體應(yīng)該存放在能防火的庫房（磁帶、磁盤庫）中。該房間的建筑物耐火等級必須符合GBJ45—82中規(guī)定的一級耐火等級，或放在能防火、防高溫、防水、防震、防電磁場和防盜的保險柜中。如果記錄媒體不是存放在密閉的金屬文件柜或其它不燃材料的容器中，那么存放記錄媒體的房間應(yīng)提供Halon自動噴射系統(tǒng)。磁記錄媒體的存放房間可采用自動Halon1301噴射系統(tǒng)來保護。留在機房內(nèi)的記錄應(yīng)該是保證系統(tǒng)有效運行的最小記錄，不必要的記錄不應(yīng)留在機房內(nèi)，所有磁記錄不用時必須保存在庫內(nèi)。3.5記錄媒體的保護與管理不同類別的記錄應(yīng)分檔管理。對于關(guān)鍵的、敏感的磁記錄媒體應(yīng)采取以下措施：①造冊登記，編制目錄，集中管理。②復(fù)制、傳遞、使用、發(fā)放要有審批簽字手續(xù)。③銷毀必須登記，并由承辦人填寫銷毀記錄。④拷貝的磁記錄文件要和原磁記錄文件分類相同。⑤要有防拷貝和信息加密措施。3.5記錄媒體的保護與管理③被調(diào)查單位有80％沒有對所用的磁記錄媒體進行分類，僅將隨機帶來的磁記錄媒體拷貝放在機房保險柜中。單位內(nèi)的應(yīng)用程序，無論其關(guān)鍵性、敏感性如何，拷貝均存于個人手中，造成“應(yīng)用程序滿天飛”，無任何安全性可言。④機房計算機磁記錄存檔、拷貝手續(xù)很不完善，沒有專人負責(zé)，對磁記錄的硬拷貝（打印結(jié)果），缺乏嚴格的審批登記簽字手續(xù)。⑤沒有形成一套行之有效的定期拷貝、使用管理、處理、銷毀制度，磁記錄媒體的進出管理也缺乏一套切實可行的管理辦法。3.5記錄媒體的保護與管理3.5.4磁記錄媒體的管理①在思想上高度重視，結(jié)合本單位實際，委派專人負責(zé)，制定出一套切實可行的管理制度。②對磁盤、磁帶庫的訪問應(yīng)當(dāng)限于庫管理員，可以允許由操作管理員或控制管理員指定的人員對磁盤、磁帶庫作臨時性的訪問。③庫管理員負責(zé)所有磁記錄媒體的接收和發(fā)出。在發(fā)出任何磁盤、磁帶以前，庫管理員必須收到一個說明作業(yè)控制號、作業(yè)名、卷系列號和請求文件人的申請清單，還應(yīng)該檢查用戶核準表，確認用戶是被核準的，可以使用現(xiàn)在所請求的磁記錄媒體。3.5記錄媒體的保護與管理④所有磁盤、磁帶的目錄清單必須具有下列信息：文件所有者、卷系列號、文件名及其描述、作業(yè)或項目編號、建立日期和保留期限。從外面借來的文件應(yīng)當(dāng)用所有者、卷系列號、文件名及其描述、接收日期和歸還日期進行編號。⑤新的磁介質(zhì)文件要有完整的歸檔記錄。歸檔文件要清楚、齊全，一旦投入使用，任何人（包括設(shè)計者本人）未經(jīng)批準不準增、刪、改。庫管理員負責(zé)把備份文件傳送到離開現(xiàn)場的安全地方。存放磁記錄媒體的庫房，必須符合表3－5規(guī)定的條件，使用前應(yīng)給24h時效時間使其調(diào)整到正常使用條件。3.5記錄媒體的保護與管理⑥當(dāng)處理非常敏感的信息時，管理員應(yīng)該在場。⑦舊的磁盤和磁帶在銷毀前，要進行消磁和清除數(shù)據(jù)。信息中心的安全負責(zé)人應(yīng)該確保所有已損壞磁盤、磁帶的銷毀，新磁盤、磁帶的定期檢查和清洗，并認真登記。⑧改寫軟盤上的內(nèi)容，順序重復(fù)寫“0”或?qū)憽發(fā)”，或用消磁器都可以完成磁記錄的清洗。對于關(guān)鍵性、敏感性的磁記錄媒體，要保證信息不被重新復(fù)現(xiàn)，銷毀