03 《信息系统安全》第三讲 计算机系统的可靠性
计算机系统可靠性
计算机系统可靠性计算机系统在现代社会中扮演着重要的角色，它们被广泛应用于各个行业和领域，从生产制造到金融服务。
在这个数字时代，人们对计算机系统的可靠性有着越来越高的需求。
本文将探讨计算机系统可靠性的重要性、可靠性评估方法以及如何提高计算机系统的可靠性。
一、计算机系统可靠性的重要性计算机系统可靠性指的是系统在一定时间内正常运行的能力，即系统能够在没有失败的情况下持续提供预期的服务。
计算机系统的可靠性对于现代社会来说至关重要，以下是几个重要的原因：1. 经济因素：计算机系统的故障可能导致数据丢失、工作中断或生产停滞，给企业带来巨大的经济损失。
可靠的计算机系统可以降低维护和修复成本，提高生产效率。
2. 安全因素：计算机系统在保护个人隐私和敏感信息方面发挥着重要作用。
如果系统不可靠，可能会面临黑客攻击、数据泄露或信息被篡改等安全威胁。
3. 用户体验：可靠的计算机系统能够提供稳定和高效的服务，用户不会遇到频繁的系统崩溃或运行缓慢的问题，从而提高用户的满意度。
二、计算机系统可靠性评估方法评估计算机系统的可靠性是确保计算机系统持续稳定运行的关键步骤。
以下是一些常用的评估方法：1. 指标分析方法：通过收集和分析系统过去的故障数据，计算和预测系统的故障率和可用性。
常用的指标包括平均无故障时间(MTTF)、平均修复时间(MTTR)和平均可用时间(MTBF)等。
2. 可靠性块图分析方法：将系统拆分为不同的可靠性块，分析每个块的故障和修复情况，并计算整个系统的可用性。
该方法适用于复杂的计算机系统，可以帮助识别系统中的薄弱环节。
3. 风险分析方法：通过分析系统可能遇到的故障类型和后果，评估系统的风险等级和影响程度。
风险分析可以帮助确定哪些故障需要优先处理，并采取相应的防范措施。
三、提高计算机系统可靠性的方法在评估计算机系统的可靠性之后，如何进一步提升系统的可靠性成为一个关键问题。
以下是一些常用的方法和策略：1. 硬件冗余：通过使用冗余硬件组件，如磁盘阵列(RAID)、双重电源和冗余网络连接等，提高系统在硬件故障时的容错能力。
信息系统的可靠性与可用性
信息系统的可靠性与可用性信息系统在现代社会中起着至关重要的作用，无论是在企业管理中、科学研究中还是在日常生活中，都离不开信息系统的支持。
然而，随着信息技术的快速发展，信息系统所面临的问题和挑战也日益增多。
其中，信息系统的可靠性和可用性成为了关注的重点。
本文将针对信息系统的可靠性和可用性进行探讨。
一、信息系统的可靠性信息系统的可靠性是指系统在一定的时间内能够正常运行，不发生故障或停机的能力。
具备可靠性的信息系统能够保证数据的完整性、准确性和可靠性，并且具备高度的稳定性。
为了提高信息系统的可靠性，我们可以采取以下几个方面的措施：1. 设备的备份和冗余：通过设备的备份和冗余，可以在主设备发生故障时快速切换到备用设备，避免系统的停机时间过长，保证信息系统的正常运行。
2. 数据的备份和恢复：及时进行数据的备份，并且建立完善的数据恢复机制，可以在系统故障或数据丢失时快速恢复数据，减少信息系统的损失。
3. 强化系统安全：加强系统的安全性，通过及时更新安全补丁、设置强密码、加密重要数据等措施，防止恶意攻击或未授权访问对系统造成的危害。
二、信息系统的可用性信息系统的可用性是指系统能够处于可操作和可访问状态的能力。
具备良好可用性的信息系统能够满足用户的需求，并且能够保证高效的数据处理和及时的响应速度。
以下是提高信息系统可用性的几个关键因素：1. 设备和网络的稳定性：信息系统的设备和网络环境稳定是保证可用性的前提。
需要定期进行设备的检修和维护，确保设备和网络的正常运行。
2. 用户界面的友好性：设计友好的用户界面可以降低用户学习成本，并提高系统的易用性。
合理的界面布局、清晰的操作提示和快捷的操作方式都可以增强系统的可用性。
3. 性能的优化与监控：对系统进行性能优化，提高系统的响应速度和处理能力。
同时，需要建立监控机制，及时发现系统性能下降或故障，并进行及时处理。
4. 用户培训和技术支持：为用户提供必要的培训和技术支持，帮助他们更好地使用信息系统，减少因误操作或不熟悉系统而导致的可用性问题。
计算机系统可靠性
计算机系统可靠性计算机系统是现代社会中不可或缺的重要组成部分，而其可靠性对于保证系统正常运行和数据安全具有至关重要的意义。
本文将从计算机系统可靠性的定义、重要性、影响因素以及提高措施等方面进行探讨，旨在深入理解和提升计算机系统的可靠性。
一、可靠性的定义与重要性计算机系统可靠性是指在给定时间内，系统执行特定功能的能力，同时保持正常运行而不发生故障的性质。
计算机系统的可靠性直接关系到用户的工作效率和数据的安全性，因此具有非常重要的意义。
首先，计算机系统的可靠性直接影响着用户的工作效率。
一旦计算机系统发生故障，可能导致数据丢失、任务无法完成等问题，给用户的工作带来不便甚至损失。
而可靠的计算机系统能够保证任务的顺利进行，提高用户的工作效率。
其次，计算机系统的可靠性对数据的安全性至关重要。
在现代社会中，各种重要的数据存储在计算机系统中，包括个人隐私、商业机密等。
如果计算机系统不可靠，存在数据泄露或丢失的风险，将对个人和企业带来巨大的损失。
因此，提高计算机系统的可靠性，保障数据的安全性至关重要。
二、计算机系统可靠性的影响因素1. 硬件因素：计算机系统的硬件是其可靠性的基础。
硬件包括主板、CPU、内存、硬盘等组成部分。
它们的质量、设计、制造工艺等影响着整个计算机系统的可靠性。
2. 软件因素：计算机系统的软件是实现系统功能的核心。
软件的质量、稳定性、兼容性等直接影响着计算机系统的可靠性。
因此，编写高质量的软件代码、进行充分的测试和质量控制是提高计算机系统可靠性的重要手段。
3. 网络因素：计算机系统通常通过网络进行数据传输和交互。
网络的稳定性、安全性等问题直接关系到计算机系统的可靠性。
网络中断、攻击等问题都可能导致计算机系统的故障和数据泄露，因此需要进行有效的网络管理和安全措施。
4. 运维因素：计算机系统的运维管理对于保持系统的稳定和可靠性至关重要。
及时进行系统更新、备份数据、监测系统运行状况等都是提高计算机系统可靠性的重要方法。
信息系统的可靠性与稳定性
信息系统的可靠性与稳定性信息系统在现代社会中扮演着非常重要的角色，它们被广泛应用于各个行业，包括银行、医疗、交通、电力等领域。
然而，由于信息系统的复杂性和重要性，其可靠性和稳定性成为了关注的焦点。
本文将探讨信息系统的可靠性和稳定性，并提出相应的应对措施。
一、信息系统可靠性的定义与重要性信息系统可靠性指的是在特定的时间段内，信息系统能够以适当的质量水平完成特定任务的能力。
可靠的信息系统应能够在不出错的情况下进行正常的运行，具备高度的可用性和准确性。
信息系统的可靠性直接影响到业务的连续性和用户的满意度，因此具有极高的重要性。
二、影响信息系统可靠性的因素1. 硬件设备：信息系统的可靠性受到硬件设备的影响，如服务器、网络设备等。
高质量、稳定性好的硬件设备能够提供良好的支持，从而提升信息系统的可靠性和稳定性。
2. 软件质量：软件是信息系统的核心组成部分，其质量直接决定了系统的可靠性。
优秀的软件应具备高度稳定性、安全性和兼容性等特点。
3. 系统架构：信息系统的架构决定了系统的可扩展性和容错性。
良好的系统架构能够有效降低故障发生的概率，提高系统的可靠性。
4. 数据安全：信息系统中的数据安全问题直接关系到系统的可靠性和稳定性。
对数据进行有效的备份和恢复，防止数据丢失或被篡改，是确保系统可靠性的重要措施。
三、提高信息系统可靠性与稳定性的方法1. 硬件设备的选择：选择稳定性高、质量可靠的硬件设备，确保其满足系统运行的需求。
同时，需要进行定期维护和保养，及时更换老旧设备，避免硬件故障对系统可靠性的影响。
2. 软件质量管理：采用可靠的软件开发方法，包括严格的代码审查、全面的测试和灵活的软件维护方法。
通过质量管理过程，确保软件质量符合要求，减少软件故障的发生。
3. 系统监控与预警：建立系统监控机制，及时检测系统运行状态，发现问题并采取相应的措施进行处理。
同时，设置预警机制，提前预知系统故障，进行相应的预防和修复工作。
4. 数据备份与灾难恢复：定期对重要数据进行备份，确保数据的安全性和完整性。
系统的安全与可靠性
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第三讲 计算机系统的可靠性与容错性
系统可靠性的获得 可靠性 ┌──────┴──────┐ 容错性 │ 冗余技术─┬硬件冗余 (redundancy)├软件冗余 | | | └信息冗余 完美性 ┌───┴───┐ 完美硬件 完美软件 │ ├整机完美性 └器件完美性
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├部件完美性 可信软件
系统可靠性的获得
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第三讲 计算机系统的可靠性与容错性
四、磁盘阵列
RAID的优点 1．成本低，功耗小，传输速率高。在 RAID中，可以让很多磁盘驱动器同时传输数 据，远远超过单个磁盘驱动器。 2．提供容错功能，因而具有更高的安全 性。 3． RAID与传统的大直径磁盘驱动器相 比，价格要低？
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第三讲 计算机系统的可靠性与容错性
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第三讲 计算机系统的可靠性与容错性
四、磁盘阵列
RAID2 示意图 输入数据流 输入数据 海明校验
磁盘阵列控制器
HCC HCC HCC HDD1
HCC HCC HCC HDD2 HDD3
HCC HCC HCC HDD4 来自DD5 HDD6 HDD729
第三讲 计算机系统的可靠性与容错性
四、磁盘阵列
第三讲 计算机系统的可靠性与容错性
四、磁盘阵列
RAID0 示意图 输入数据流 输入数据
磁盘阵列控制器 并行传输
HDD1
HDD2
HDD3
HDD4
HDD5
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第三讲 计算机系统的可靠性与容错性
四、磁盘阵列
镜象磁盘阵列(RAID1) 每一组盘至少两台，数据同时以同样的方式写到两 个盘上，两个盘互为镜象。磁盘镜象可以是分区镜象、 全盘镜象。容错方式以空间换取，实施可以采用镜象 或者双工技术。主要用在对数据安全性要求很高，而 且要求能够快速恢复被损坏的数据的场合。 优点：具有最高可靠性，策略简单，恢复数据时不必 停机。 缺点：有效容量只有总容量的1/2，利用率50%。由 于磁盘冗余，成本较高。
信息系统的安全性与可靠性
信息系统的安全性与可靠性第一章引言信息系统已成为现代社会中不可或缺的一部分，其应用范围广泛，覆盖了政府、企业、医疗、教育等多个领域。
随着信息社会的发展，不断涌现出新的网络安全威胁和攻击手段，因此信息系统的安全性与可靠性问题越来越受到关注。
本文将深入探讨信息系统的安全性与可靠性，分别从安全性和可靠性两个角度出发进行分析和讨论。
第二章信息系统的安全性信息系统的安全性是指在保证系统正常运行的基础上，对系统中包含的信息进行保密、完整性和可用性的保护。
信息系统的安全性问题主要体现在以下几个方面。
2.1保密性保密性是指信息系统中包含的信息只被授权的用户所知晓，未经授权的人无法获取其中的内容。
在信息系统的构建中，必须对用户进行身份鉴别和权限控制，确保用户只能访问其有权限访问的内容，从而保证系统中信息的保密性。
2.2完整性完整性是指信息系统中包含的信息不被篡改、损毁等，即保证信息的真实性、准确性和完整性。
信息系统必须对信息进行保护，确保其不被未经授权的人修改、删除等操作。
2.3可用性可用性是指信息系统对于授权的用户在合理的时间内能够正常使用。
信息系统必须具有高可用性，能够在受到攻击时迅速恢复，确保系统的正常运行。
2.4安全威胁信息系统在运行过程中面临各种各样的安全威胁，如病毒、木马、黑客攻击等。
信息系统必须具备一定的安全机制，对这些安全威胁进行识别和防御。
第三章信息系统的可靠性信息系统的可靠性是指在面对各种不同的情况下，仍能够保证系统正常运行的能力。
信息系统的可靠性主要体现在以下几个方面。
3.1容错性信息系统在运行过程中可能会出现各种故障，例如硬件故障、软件故障等。
信息系统必须具备一定的容错能力，能够及时发现故障并进行修复，确保系统的正常运行。
3.2可拓展性随着业务规模的扩大，信息系统需要具备一定的可拓展性，能够随时扩大系统容量或增加新的业务需求，满足企业或个人的需求。
3.3可恢复性信息系统在受到攻击或其他因素的破坏时，需要能够尽快地恢复系统，确保数据能够得到及时的还原和恢复。
计算机系统的可靠性
计算机系统的可靠性引言计算机系统在现代社会中扮演着至关重要的角色，几乎影响着各行各业的运作。
无论是个人使用的电脑，还是大型企业所依赖的服务器集群，系统的可靠性都是一个关键的考量因素。
本文将探讨计算机系统的可靠性，并介绍一些提高系统可靠性的方法。
可靠性的定义可靠性是指一个系统在特定的工作条件下，能够按照规定的性能要求正常运行的能力。
一个可靠性高的系统应当具备以下特征：1.正常工作时间长：系统能够持续稳定地工作，不会出现频繁的故障和停机现象。
2.容错能力强：系统在面对异常情况时能够做出正确的处理，并且不会导致系统崩溃或数据丢失。
3.可恢复性好：系统在遭受故障或错误时能够及时恢复，并尽量减少对用户的影响。
4.安全性高：系统能够防范外部攻击或恶意操作，并保护用户的数据安全。
提高系统可靠性的方法1. 硬件方面的措施1.1 选用可靠的硬件设备选择具有良好质量和稳定性的硬件设备是提高系统可靠性的基础。
优质的硬件设备通常具有更好的散热性能、更低的能耗以及更强的抗电磁干扰能力。
1.2 构建冗余系统通过添加冗余设备和组件，可以提高系统的容错性和可恢复性。
例如，使用热备份的服务器集群可以在一台服务器故障时自动切换到另一台服务器，实现无缝的服务继续提供。
2. 软件方面的措施2.1 强化系统安全性在软件开发过程中，应该注重安全性的设计和实现。
使用安全的编程语言、加密算法和访问控制机制，能够有效地防止外部攻击和恶意操作。
2.2 进行全面的测试在软件发布之前，进行全面的测试非常重要。
通过测试可以发现潜在的问题和漏洞，并及时修复，以提高系统的稳定性和可靠性。
3. 管理方面的措施3.1 建立完善的备份和恢复机制建立定期的数据备份机制，以防止数据丢失。
同时，建立快速恢复机制，能够在系统故障或错误发生时快速恢复，并尽可能减少对用户的影响。
3.2 做好系统监控和维护工作定期监控系统的运行状态，检查系统的性能和稳定性。
及时处理系统的异常情况和故障，以避免系统的连锁反应和致命错误。
第三讲系统的可靠性
第三讲系统的可靠性一、什么是系统的可靠性？系统的可靠性是指系统在一定时间内、在规定工作条件下，能够正常运行并完成预定功能的能力。
一个可靠的系统应具备以下特点： * 正确性：系统能够按照预定的要求完成工作，输出正确的结果。
* 健壮性：系统在面对异常情况或异常输入时能够保持稳定运行，不会造成系统崩溃或数据丢失。
* 可恢复性：当系统发生故障或异常情况时，能够自动或手动地恢复到正常工作状态。
* 稳定性：系统能够长时间稳定运行，不会出现频繁的崩溃或错误。
二、提高系统可靠性的方法1. 设计方面在系统设计阶段，应注重以下几个方面，以提高系统的可靠性：* 模块化设计：将整个系统划分为多个独立的模块，每个模块完成一个明确的功能，模块之间通过接口进行通信，便于测试和维护。
* 数据备份：对于关键数据，进行定期备份，避免数据丢失造成不可修复的后果。
* 容错设计：在设计过程中引入冗余，使得系统在部分故障的情况下仍然能够正常工作。
* 异常处理：考虑系统可能遇到的各种异常情况，进行充分的异常处理机制设计，避免因异常导致系统崩溃或数据损坏。
*测试：进行全面的测试，包括单元测试、集成测试和系统测试，以保证系统在不同环境下都能够正常工作。
2. 硬件方面系统的硬件环境对其可靠性也有着重要影响，以下是提高系统可靠性的硬件方面考虑：•高质量的硬件设备：选择具有高质量和可靠性的硬件设备，来构建系统的基础。
•冷备份：为关键的硬件设备设置冗余备份，当主要设备故障时能够迅速切换到备份设备上，保证系统的连续性。
•稳定的供电：为系统提供稳定可靠的电源供应，避免电源波动或突然断电导致的系统故障。
•温度控制：合理管理系统的温度，避免过高或过低的温度对硬件设备造成损坏。
•维护和监控：定期对硬件设备进行维护和监控，及时发现故障并进行修复，避免因硬件故障导致的系统崩溃。
三、如何评估系统的可靠性？评估系统的可靠性是为了确定系统在一定时间内能够正常工作的概率。
信息系统的可靠性名词解释
信息系统的可靠性名词解释现代社会中，信息系统的作用日益重要，它已经渗透到我们的日常生活中的方方面面。
然而，随之而来的是对信息系统可靠性的重要性的日益凸显。
那么，什么是信息系统的可靠性？本文将对此进行全面的名词解释。
一、信息系统的可靠性定义信息系统的可靠性是指在特定的环境下，信息系统能够按照规定的要求或者预期的目标进行稳定运行的程度。
二、信息系统的可靠性重要性信息系统的可靠性直接关系到现代社会的运行和发展。
在经济、金融、交通、医疗等各个领域中，信息系统都扮演着至关重要的角色。
一个不可靠的信息系统可能会导致严重的后果，包括数据丢失、系统瘫痪、用户隐私泄露等问题。
因此，确保信息系统的可靠性对于保障社会稳定和促进经济发展具有重要意义。
三、信息系统的可靠性评估评估信息系统的可靠性可以通过以下几个方面进行：1.健壮性：信息系统应具备一定的健壮性，即在面对各种意外或者故障的情况下，系统能够保持正常的运行和功能。
同时，系统应具有自我修复的能力，能够及时恢复到正常状态。
2.可用性：信息系统的可用性是指系统能够在用户需要的时候，提供稳定和准确的服务。
包括系统的响应速度、运行时间、功能完整性等因素。
3.安全性：信息系统的安全性是指保护系统中的数据和用户隐私不受到非法侵入和篡改的能力。
这包括加密技术、访问控制机制、漏洞修复等方面。
4.灵活性：信息系统应具备一定的灵活性，能够根据需求进行调整和优化。
这包括硬件和软件的升级、系统的扩展和改造等方面。
四、提高信息系统可靠性的措施为了提高信息系统的可靠性，可以从以下几个方面入手：1.系统设计：在信息系统的设计过程中，需要充分考虑到系统所处的环境和情况，并根据需求来确定系统的结构、功能和性能要求。
同时，合理的系统设计还应考虑到故障恢复机制、备份和冗余等措施。
2.软硬件维护：及时对系统进行软硬件的维护和更新，包括修复系统bug、安装更新补丁、定期备份数据等。
这样可以确保系统能够在正常的工作状态下运行，并且能够恢复到出现问题前的状态。
计算机系统的可靠性与可用性
计算机系统的可靠性与可用性计算机系统在现代社会中起着至关重要的作用，很多组织和个人都依赖于计算机系统的正常运行。
因此，计算机系统的可靠性和可用性成为了关注的焦点。
本文将探讨计算机系统可靠性和可用性的概念、影响因素以及提高措施。
一、可靠性的概念和影响因素可靠性指的是计算机系统在一定时间内按照既定要求正常工作的能力。
计算机系统的可靠性受多种因素的影响，包括硬件设备的质量、软件的设计、系统的维护等。
1.1 硬件设备的质量计算机系统的硬件设备包括中央处理器、内存、硬盘等，其质量的高低直接影响着系统的可靠性。
如何选择高品质的硬件设备，以及对硬件设备的正确使用和维护，都是提高计算机系统可靠性的关键。
1.2 软件设计计算机系统的软件设计是保证系统可靠性的另一个重要方面。
合理的软件设计能够提高系统的容错性和稳定性，减少系统出错的概率。
同时，及时修复软件的漏洞和错误也是确保系统可靠性的重要手段。
1.3 系统的维护计算机系统的维护包括对系统的定期检查、更新补丁、备份数据等操作。
只有保持系统的健康状态，及时排除潜在问题，才能提高系统的可靠性。
二、可用性的概念和影响因素可用性是指计算机系统在需要的时候能够正常使用的能力。
计算机系统的可用性受多种因素的影响，包括系统的可操作性、性能、可恢复性等。
2.1 系统的可操作性一个易于操作的计算机系统能够提高用户的工作效率，增加系统的可用性。
因此，设计人员需要考虑用户界面的友好性、操作的简便性等因素。
2.2 系统的性能计算机系统的性能包括处理速度、响应时间等，直接影响着使用者的体验。
较快的处理速度和短的响应时间能够提高计算机系统的可用性。
2.3 系统的可恢复性当计算机系统遇到故障时，其可恢复性显得尤为重要。
可恢复性包括系统的故障自愈能力、数据的备份与恢复等。
通过提高系统的可恢复性，能够减少系统不可用的时间。
三、提高计算机系统可靠性与可用性的措施为了提高计算机系统的可靠性与可用性，我们应采取以下措施：3.1 定期维护与更新系统定期维护是保持计算机系统稳定运行的必要手段。
计算机系统的可靠性
2.2 计算机系统的可靠性与容错性一般所说的“可靠性(Reliability)”指的是“可信赖的”或“可信任的”。
我们说一个人是可靠的，就是说这个人是说得到做得到的人，而一个不可靠的人是一个不一定能说得到做得到的人，是否能做到要取决于这个人的意志、才能和机会。
同样，一台仪器设备，当人们要求它工作时，它就能工作，则说它是可靠的；而当人们要求它工作时，它有时工作，有时不工作，则称它是不可靠的。
根据国家标准的规定，产品的可靠性是指：产品在规定的条件下、在规定的时间内完成规定功能的能力。
对计算机系统而言，可靠性越高就越好。
可靠性高的系统，可以长时间正常工作，从专业术语上来说，就是系统的可靠性越高，系统可以无故障工作的时间就越长。
容错性是指计算机系统在出现重大的事故或故障（如电力中断、硬件故障）时做出反应，以确保数据不会丢失并且能够继续运行的能力。
2.2.1 可靠性、可用性和可维修性计算机系统的可靠性用平均无故障时间MTBF(Meantime Between Failures)来度量，指从它开始运行（t=0）到某时刻t这段时间内能够正常运行的概率。
系统的可靠性越高，平均无故障时间越长。
可维修性：指计算机的维修效率，通常用平均修复时间MTRF（Mean Time to Repair Fault）来表示。
MTRF是指从故障发生到系统恢复平均所需要的时间。
可维修性有时用可维修度来度量。
在给定时间内，将一失效系统恢复到运行状态的概率称为可维修度。
可用性（Availability）：系统在执行任务的任意时刻能正常工作的概率。
系统可用性用可用度来度量。
系统在t时刻处于正确状态的概率称为可用度，用A(t)来表示。
A(t)= MTBF / (MTBF + MTRF) ，即：A(t) =平均无故障时间/ (平均无故障时间+平均修复时间)影响计算机可靠性的因素有内因和外因内因是指机器本身的因素，包括设计、工艺、结构、调试等因素，元件选择和使用不当、电路和结构设计不合理、生产工艺不良、质量控制不严、调试不当等都会影响计算机的可靠性；外因是指所在环境条件对系统可靠性、稳定性和维护水平的影响。
第三讲 计算机系统物理安全与可靠性
（3） 双机容错系统 双机容错系统中的两套系统同时处于“热”状态。其中一套系统 的故障不会导致当前服务的中断。 （4） 双机热备份 属主/备工作方式，主系统出现故障时，备系统由“冷”转 “热”，故当前处理的任务肯冷会丢失。 （5）三机表决系统 三台系统同时处理同一任务，并将结果交给表决器表决以判定结 果是否正确。 （6） 集群系统 均衡负载的双机或多机系统就称之为集群系统。集群系统是网格 技术的重要的基础设施之一。
2 软件冗余
软件容错技术主要有恢复块方法和N-版本程序设计，以及防卫式 程序设计等。
（1） 恢复块方法 故障的恢复策略一般有两种：前向恢复和后向恢复。前向恢复是 指使当前的计算继续下去，把系统恢复成连贯的正确状态，弥补当前 状态的不连贯情况；后向恢复是指系统恢复到前一个正确的状态，继 续执行。 恢复块方法采用后向恢复策略，其恢复方法如下图所示：
用性。可用性是指系统在规定条件下，完成规定的功能的能力。
提高计算机的可靠性一般采取两项措施：避错、容错。
避错是指通过提高软硬件的质量来抵御故障的发生 容错是指通过设计使得故障发生时系统仍然能继续运行、以提供
所需的服务和资源。
3.2.2 容错技术
容错是用冗余的资源使计算机具有容忍故障的能力，即在产生故 障的情况下，仍然有能力将指定的任务继续完成。也称之为故障掩 盖技术。 容错主要依靠冗余设计来实现，它以增加资源的办法换取可靠 性。根据使用的资源不同，冗余技术分为硬件冗余、软件冗余、时 间冗余和信息冗余。 硬件冗余是指通过硬件的重复使用来获得容错能力； 软件冗余是指用多个不同软件执行同一功能，利用软件设计差异 来实现容错； 信息冗余是指利用在数据中附加的部分信息位来检测和纠正信息 在运算或传输中的错误来实现容错； 时间冗余是指通过重复运算以检测故障（时间消耗）来实现容错 采用容错技术的系统称容错系统。容错系统工作过程包括自动 侦测、自动切换、自动恢复。
计算机可靠性
计算机的可靠性描述可靠性的定义：产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。
计算机系统的可靠性：在给定的时间内，计算机系统能实施应有功能的能力。
一个产品验收合格投入运营后，时间一长往往因零部件故障（振动、磨损种、积尘、温差、放电等）使整个产品不能正常工作，当排除故障后又能工作得很好。
这时好时坏的性质可用该产品的可靠性来表示。
例如，某种型号火箭发射5次，4次失败，则以次数度量可靠性为20%。
再如，一架飞机因故障停飞156小时而预期满3000小时才大修，则以无故障时间度量可靠性为（1-156/3000）×100%＝94.8%由于计算机系统由硬件和软件组成，它们对整个系统的可靠性影响呈现完全不同的特性：硬件和一般人工产品的机件一样，时间一长就要出毛病。
软件则相反，时间越长越可靠。
因为潜藏的错误陆续被发现并排除，它又没有磨损、氧化、松动等问题。
所以，计算机的可靠性是指分别研究硬件的可靠性和软件的可靠性。
硬件故障主要和零部件制造工艺、组装质量、自然损耗、易维护性有关。
它和产品设计有关系但不直接。
硬件的可靠性度量在计算机界比较统一，用平均两次故障相隔时间度时。
如一台机器每78小时左右出一次故障，另一台200小时左右，则后者比前者可靠。
软件故障表现为程序计算结果有时正确有时不正确。
例如，某些输入组常常出错，其余的则没有问题。
这些缺陷的原因往往可追溯到软件设计上，是软件的内在缺陷。
如果能够排除则软件可靠性增加。
但往往排除了一个缺陷又引发了另外几个潜藏故缺陷，这就引起可靠性降低。
软件的可靠性和正确性虽然都以运行结果是否正确来考察，但测试正确交付验收的软件不一定可靠。
例如，某子程序取值随运行次数偏移，在忽略对其超值的警戒条件时，会导致实际使用中出现失败，如同若干小时后出病毒一样。
同样，可靠的程序不一定正确。
如例如，每当一组数进去必然出错非常稳定，一改就消除了。
我们说它是可靠的，但改前却是错误的。
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对可维修产品而言，其平均寿 命是指两次故障间的时间平均 值，称平均故障间隔时间，习 惯称平均无故障工作时间 MTBF （ Mean Time Between Failures）。
MTTF 实例
“东方红一号”卫星设计工作 寿命20天（实际工作寿命28天）
MTBF实例
AL31据说首翻在600小时左右，总寿命1500小时； 美国同级别的F100-PW系列和F110-GE系列首翻 都在 1000 小时以上，总寿命更是接近 4000 小时。 后来的F119和最近的F135、F136更不用说了 航空发动机主轴承是航空发动机的关键部件之 一，在高速、高温、受力复杂的条件下运转， 其质量和性能直接影响到发动机性能、寿命和 可靠性。 CFM公司56系列发动机 目前国外发达国家航空发动机主轴承的寿命均 能达到1万小时以上，完全可以满足大飞机发动 机主轴承的寿命需求。而我国目前航空发动机 的主轴承寿命基本在900小时以内。
S(t ) F(t ) N N
U(t)称为系统C在时刻t的不可靠性函数（简称不可靠性）。
可靠性
表示可靠性的另一重要元素是失效函数（也称为失效率）
Z(t )
dF (t ) S(t ) dt
失效率Z(t)表示了系统中元器件失效的速率。
Z(t)的浴缸形曲线（Bathtub-curve）
Z(t)随时间的变化而变化，而且呈浴缸形的曲线。
R(t)和的关系
可靠性不仅是时间t的函数，而且与失效率有着密切的关联。
思考题
关于可靠性
当t=0时，R(0)=？ 当t=∞时，R(∞)=？
不可维修产品的可靠性指标
不可修产品的 可靠性 数量指标
平均寿命
平均无故障时间（MTTF） 系统的可靠性越高，平均无故障时 间越长。
可维修产品的工作过程
《信息系统安全》第三讲
信息系统的可靠性
2012年3月21日 周亚建 zhouyajian@
School of Computer Science, BUPT
物理安全研究的问题
物理安全又叫实体安全 （Physical Security），是保护计 算机设备、设施（网络及通信线 路）免遭地震、水灾、火灾、有 害气体和其他环境事故（如电磁 污染等）破坏的措施和过程。
计算机系统可靠性的组成
计算机系统由硬件和软件组 成，它们对整个系统的可靠 性呈现完全不同的特性。 硬件的可靠性和软件的可靠 性也有明显的区别，而且两 者发展的水平相距甚远。 计算机系统的可靠性研究基 于硬件和软件的可靠性研究
计算机系统 可靠性
硬件可靠性
早期的可靠性概念是 专指硬件产品的可靠 性。
可靠性
假设C是一个具有N个元器件的数字系统，在一定的条件和环境 （如温度、湿度、电压等）下运行，并且随着时间t的推移质量 逐步下降。设S(t)为系统C运行至时刻t时能保持正常工作的元器 件的总数，F(t)为时刻t时发生故障而失效的元器件的总数。 在任何时刻，应该有N= S(t)+F(t)
可靠性
MTTR t (t )dt
0
其中：(t)是维修时间的概率密度函数。
可维修产品的维修性指标：可用性
可维修产品的可用性定义为：
MTBF 100% MTBF MTTR
由此可见，产品的可用性定义为系统保持正常运行时间的百分比。
它表示设备处于完好状态的概率
计算机系统可用性的类型
计算机产业界通常用如“9”的个数来划分计算机系统可用性的类型。
Why Reliability?
Case 2: 1996年，由于火箭控制系统的故障，致使欧洲航天局耗资67亿美 元研制的阿娜5号火箭在点火后37秒即在空中爆炸；
Case 3: 第一次海湾战争中，“爱国者”导弹雷达跟踪系统的故障致使在 发射导弹时产生了1/3秒的时间误差，未能拦截到伊拉克的“飞 毛腿”导弹，而造成美军28人死亡、98人受伤。
系统C在时刻t能正常工作的概率 R(t)=S(t)/N
R(t)称为系统C在时刻t的可靠性函数（简称可靠性）。
R(t)是产品在时间[0, t]内不失效的 概率
可靠性也定义为：产品在规定条 件下、在规定时间内，完成规定 功能的概率。
可靠性
系统C在时刻t不能正常工作的概率
U(t ) 1 R(t ) 1
Why Reliability?
可靠性理论研究经过了几十年的飞速发展，在各个方面都取得 了非常多的成果。可靠性理论的应用也已经从军事技术扩展到 社会经济生活的许多领域。
计算机系统可靠性的定义
可靠性理论以产品的寿命特征 作为主要研究对象
在规定的条件下、在 给定的时间内，计算 机系统能实施应有功 能的能力。
R(t ) exp( Z(t ) dt ) e t 0
这一式表明设备的可靠性与失效率成指数关系。
t
Z(t)的浴缸形曲线（Bathtub-curve）
失 效 率
早期失效
使用寿命期
损耗失效期
寿命时间
第三阶段 耗损失效期（Wearout） 该阶段的失效率随时间的延长而急速增加，主要原因是器件的损 失己非常的严重，寿命快到尽头了，可适当的维修或直接更换。
Z(t)的浴缸形曲线（Bathtub-curve）
失 效 率 早期失效 使用寿命期 损耗失效期
寿命时间
第二阶段 偶然失效期，也称随机失效期（Random Failures） 这一阶段的特点是失效率较低，且较稳定，往往可近似看作常数，产品可靠性指 标所描述的就是这个时期。这一时期是产品的良好使用阶段。由于在这一阶段中，产 品失效率近似为一常数，故设Z(t)=λ（常数）由可靠度计算公式得
计算机系统可靠性举例
1 1 1 100H 0.05 1 0.01 20000 100 1000
MTTF
i
i 1
n
R(t ) e
t MTTF
t ln R(t ) MTTF 0.05 100 5H
如果每个电子管的失效率确实为0.05%/kh（千小时），则ENIAC 在工作5小时之后其可靠性就要下降到95%一下。 在这种情况下，这台号称世界上第一代计算机的可靠性十分低下。
广义物理安全
-应包含由软件、硬件、操作人员组成的整体信息 系统物理安全，即包括系统物理安全。应确保信 息系统的保密性、可用性、完整性。
计算机系统的可靠性
Why Reliability?
由于计算机系统故障而导致的严重事故，引发的灾难给人类社会 留下了难以磨灭的痛苦记忆。 Case 1:
最早的系统可靠性研究始于当时的纳粹德国在其V-1火箭的研制上。 纳粹德国发射的V-1、V-2火箭的不可靠及美国运往远东的航空无线电设 备有60％不能工作，引起了对可靠性问题的认识。 1944年纳粹德国用V-2火箭袭击伦敦，有80枚火箭没有起飞就在起飞 台上爆炸，还有不少火箭没有达到伦敦就掉进英吉利海峡。 当时，美国海军统计，电子设备在规定所有期内仅有30％的时间能有 效地工作。在此期间，因可靠性问题损失飞机2100架，是被击落飞机 的1.5倍。 通过大量现场调查和故障分析，采取了对策，诞生了可靠性这门学科。
描述硬件可靠性的模型
串联系统模型、并联系统模型、串-并联（并-串联）系统模型、 表决系统模型、冷贮备系统模型和热贮备系统模型等
硬件系统的可靠性模型：串联系统
系统由n个部件串联而成，任一部件失效就引起系统失效。
硬件系统的可靠性模型：串联系统
系统为不可修的情形 假设第i个部件的寿命为Xi，可靠度为Ri(t)=P{Xi >t}，i=1, 2, …, n，第i个部件的失效率为i(t)，X1 ，X2 ，…，Xn相互独立。 若初始时刻t=0，所有部件都是新的，且同时开始工作。 (1) 系统的寿命是： X=min{X1 ，X2 ，…，Xn} (2) 系统的可靠度是： R(t ) Pmin X 1 , X 2 ,, X n t Ri (t )
寿命
通常用一个非负随机变量X来描述产品的寿命。 X的分布函数为 F(t) = P{X t}，t0
有了寿命分布F(t) ，就知道产品的平均寿命
EX tdF (t )
0
平均寿命：MTTF vs. MTBF
对不可维修的产品的平均寿命 是指从开始投入工作，至产品 失效的时间平均值。也称平均 失 效 前 时 间 ， 记 以 MTTF （Mean Time To Failure）。
可用性分类 容错可用性 极高可用性 具有故障自动恢复 能力的可用性 高可用性 商品可用性
可用水平
99.9999
每年停机时间
<1min
99.999
5min
99.99
53min
99.9
8.8h
99
43.8h
计算机系统可靠性举例
已知世界上第一代电子管计算机ENIAC有20000个电子管，假 设每个电子管的失效率为=0.5%/kh（千小时），试求： (1) 该计算机的MTTF； (2) 若要求计算机的可靠性在95%以上，则之多可以工作多久？
物理安全技术主要针对计算机及 网络系统的环境、场地、设备和 通信线路等采取的安全技术措施。
物理安全体系结构
介质安全 设备安全
线路安全
物理安全
电源安全 环境安全
物理安全的内涵
信息系统安全
广义物理安全
人员安全
狭义物理安全
设备安全 介质安全 线路安全
电源安全
环境安全
物理安全的概念
狭义物理安全
包括环境安全、设备安全和介质安全，主 要解决由于设备、设施、介质的硬件条件 所引发的信息系统物理安全威胁问题。
软件可靠性
软件可靠性的研究开始 于二十世纪七十年代。 随着社会生活对软件的 依赖越来越强，以及由 于软件故障引发的事故 带来惨重的损失，使得 人们对软件质量尤其是 软件可靠性高度重视。