復(fù)雜計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可用性評(píng)測技術(shù)研究.pdf

1、應(yīng)用于金融業(yè)、電信業(yè)、能源、交通、航空等關(guān)系到國家經(jīng)濟(jì)安全和社會(huì)安全的關(guān)鍵行業(yè)中的復(fù)雜計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不僅要求具有極強(qiáng)的事務(wù)處理能力，還要求具有極高的可用性，能夠提供高速、穩(wěn)定的信息處理服務(wù)。這類系統(tǒng)一旦發(fā)生延誤和失效將會(huì)造成不可估量的經(jīng)濟(jì)損失，還有可能產(chǎn)生負(fù)面的社會(huì)影響。開展面向此類復(fù)雜計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可用性測試研究，將有助于提高其可用性，對(duì)于保障國民經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)運(yùn)行具有重要意義。
　　以往的一些研究曾提出計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件部件之間以及軟件故障

2、之間存在著某種模式的相關(guān)性，并且相關(guān)性的存在會(huì)影響系統(tǒng)的可用性，但是大多是從理論角度出發(fā)，并未給出實(shí)際系統(tǒng)中相關(guān)性存在的直接證據(jù)，這使得圍繞相關(guān)性的討論往往缺乏實(shí)際系統(tǒng)的支撐而說服力不足。為此論文針對(duì)某銀行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)故障記錄和高端服務(wù)器運(yùn)行日志進(jìn)行分析，指出了系統(tǒng)級(jí)部件和元件級(jí)部件之間可能存在相關(guān)性的證據(jù)。為了更好的建模系統(tǒng)可用性，論文對(duì)銀行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)故障記錄和LANL故障數(shù)據(jù)集進(jìn)行了故障分布對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)基于對(duì)稱多處理機(jī)架構(gòu)的計(jì)算系統(tǒng)

3、發(fā)生硬件故障的故障間隔時(shí)間分布屬于Weibull族。
　　為了達(dá)到高可用性要求，應(yīng)用于關(guān)鍵行業(yè)中的復(fù)雜計(jì)算機(jī)系統(tǒng)往往采用k-out-of-n系統(tǒng)架構(gòu)，論文重點(diǎn)討論了考慮相關(guān)性因素的均分負(fù)載 k-out-of-n系統(tǒng)的建模問題。首先利用隨機(jī)過程理論為均分負(fù)載型的k-out-of-n系統(tǒng)建立系統(tǒng)模型，指出了該類系統(tǒng)自第i-1次部件失效起到發(fā)生第i次部件失效的時(shí)間的分布函數(shù)服從一個(gè)兩參數(shù)威布爾分布，且系統(tǒng)在不同狀態(tài)的停留時(shí)間存在相關(guān)性。

4、本文引入copula理論，提出了利用Gumbel Copula函數(shù)來捕捉系統(tǒng)在不同狀態(tài)的停留時(shí)間之間右尾相關(guān)性的變化，給出了指定失效序列的k-out-of-n系統(tǒng)的部件相關(guān)系數(shù)矩陣計(jì)算算法。分析結(jié)果表明，使用考慮相關(guān)性的均分負(fù)載k-out-of-n系統(tǒng)模型，比不考慮相關(guān)性的模型更貼近系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況。
　　為了直觀的描述系統(tǒng)部件相關(guān)性問題，論文介紹了一種基于可靠性框圖發(fā)展而來的系統(tǒng)描述模型DRBD（Dynamic Reliabil

5、ity Block Diagram）。論文介紹了DRBD的優(yōu)點(diǎn)，并應(yīng)用 DRBD模型的思想描述了串聯(lián)可靠性模型、共因/共模故障模型、冗余模型、RAID磁盤陣列模型等多種常見的系統(tǒng)構(gòu)架方式，提出了基于DRBD模型評(píng)測系統(tǒng)可用性的方法，并針對(duì)上述多種系統(tǒng)部件連接方式分析了向廣義隨機(jī)Petri網(wǎng)（Generalized Stochastic Petri Net，GSPN）轉(zhuǎn)化并求解可用性的方法。
　　傳統(tǒng)的可用性測試方法，利用長時(shí)間在線

6、運(yùn)行多臺(tái)、同配置的目標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行在線測試。但是應(yīng)用于關(guān)鍵行業(yè)中的復(fù)雜計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可用性較高，這導(dǎo)致在線跟蹤測試將耗費(fèi)相當(dāng)長的時(shí)間才能得到準(zhǔn)確的結(jié)果。論文針對(duì)這一問題提出了一種基于MTBF（mean time between failure）閾值的k-out-of-n系統(tǒng)可用性測試方法，將系統(tǒng)級(jí)可用性測試轉(zhuǎn)化為面向冗余部件的可用性測試。本文面向事務(wù)處理型容錯(cuò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)可用性評(píng)測系統(tǒng)，由故障注入平臺(tái)，可用性評(píng)測套件以及可用性評(píng)測