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知识路径: > 计算机系统综合知识 > 系统配置与性能评价 > 性能计算(响应时间、吞吐量、TAT) > 系统性能计算 >
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被考次数:6次
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被考频率:
中频率
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总体答错率:
46%
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知识难度系数:
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考试要求:
掌握
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相关知识点:2个
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系统可靠性是系统在规定的时间内及规定的环境条件下,完成规定功能的能力,也就是系统无故障运行的概率。这里的故障是系统行为与需求的不符,故障有等级之分。系统可靠性可以通过历史数据和开发数据直接测量和估算出来,与之相关的概念主要有平均无故障时间、平均故障修复时间、平均故障间隔时间、系统可用性等。
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(1)平均无故障时间。可靠度为R(t)的系统的平均无故障时间(Mean Time To Failure, MTTF)定义为从t=0时到故障发生时系统的持续运行时间的期望值,计算公式如下:
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如果R(t)=e-λt,则MTTF=1/λ。λ为失效率,是指器件或系统在单位时间内发生失效的预期次数,在此处假设为常数。例如,假设同一型号的1000台计算机,在规定的条件下工作1000小时,其中有10台出现故障。这种计算机千小时的可靠度R为(1000-10)/1000=0.99。失效率为10/(1000×1000)=1×10-5。因为平均无故障时间与失效率的关系为MTTF=1/λ,因此,MTTF=105小时。
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(2)平均故障修复时间。可用度为A(t)的系统的平均故障修复时间(Mean Time ToFix, MTTR)可以用类似于求MTTF的方法求得。设A1(t)是在风险函数Z(t)=0且系统的初始状态为1状态的条件下A(t)的特殊情况,则
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此处假设修复率μ(t)=μ(常数),修复率是指单位时间内可修复系统的平均次数,则:
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(3)平均故障间隔时间。平均故障间隔时间(Mean Time Between Failure, MTBF)常常与MTTF发生混淆。因为两次故障(失败)之间必然有修复行为,因此,MTBF中应包含MTTR。对于可靠度服从指数分布的系统,从任一时刻t0到达故障的期望时间都是相等的,因此有:
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在实际应用中,一般MTTR很小,所以通常认为MTBF≈MTTF。
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(4)系统可用性。系统可用性是指在某个给定时间点上程序能够按照需求执行的概率,其定义为
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可用性=MTTF/(MTTF+MTTR)×100%
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计算机系统是一个复杂的系统,而且影响其可靠性的因素也非常繁复,很难直接对其进行可靠性分析。但通过建立适当的数学模型,把大系统分割成若干子系统,可以简化其分析过程。
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假设一个系统由n个子系统组成,当且仅当所有的子系统都能正常工作时,系统才能正常工作,这种系统称为串联系统,如下图所示。
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设系统各个子系统的可靠性分别用R1,R2,…,Rn表示,则系统的可靠性为:
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如果系统的各个子系统的失效率分别用λ1,λ2,…,λn来表示,则系统的失效率为:
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假如一个系统由n个子系统组成,只要有一个子系统能够正常工作,系统就能正常工作,如下图所示。
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设系统各个子系统的可靠性分别用R1,R2,…,Rn表示,则系统的可靠性为:
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R=1-(1-R1)×(1-R2)×…×(1-Rn)
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假如所有的子系统的失效率均为λ,则系统的失效率为:
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在并联系统中只有一个子系统是真正需要的,其余n-1个子系统称为冗余子系统,随着冗余子系统数量的增加,系统的平均无故障时间也增加了。
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m模冗余系统由m个(m=2n+1为奇数)相同的子系统和一个表决器组成,经过表决器表决后,m个子系统中占多数相同结果的输出作为系统的输出,如下图所示。
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在m个子系统中,只有n+1个或n+1个以上子系统能正常工作,系统就能正常工作,输出正确结果。假设表决器是完全可靠的,每个子系统的可靠性为R0,则m模冗余系统的可靠性为:
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其中为从m个元素中取j个元素的组合数。
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在实际应用系统中,往往是多种结构的混联系统。例如,某高可靠性计算机系统由下图所示的冗余部件构成。
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显然,该系统为一个串并联综合系统,我们可以先计算出中间2个并联系统的可靠度,根据并联公式R=1-(1-R1)×(1-R2)×…×(1-Rn),可得到3个部件并联的可靠度为1-(1-R)3,2个部件并联的可靠度为1-(1-R)2。然后,再根据串联公式R=R1×R2×…×Rn,可得到整个系统的可靠度为:R×(1-(1-R)3)×(1-(1-R)2)×R。
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