Методы повышения надежности программ и анализ их применеия

Лекция. Методы повышения надежности программ и оценка эффективности их применения.

Кутепова О.А.

 Влияние избыточности на повышение надежности программ

Так как в программах нет необходимости “ремонта” компонент с участием человека то можно добиваться высокой автоматизации программного восстановления Главной задачей становится восстановление за время, не превышающее порогового значения между сбоем и отказом Автоматизируя процесс и сокращая время восстановления можно преобразовать отказы в сбои и тем самым улучшить показатели надежности функционирования системы

Комплексы программ в процессе функционирования находятся под воздействием шумов-возмущений различных типов Для снижения их влияния на результаты следует применять фильтры позволяющие обнаруживать искажения устранять или уменьшать их вредные последствия Разнообразие видов искажений приводит к необходимости построения систем фильтров каждый из которых способен селектировать некоторые виды искажений

Для реализации фильтров обеспечивающих повышение надежности функционирования программ и защиту вычислительного процесса и информации программно-алгоритмическими методами используется программная информационная и временная избыточность Основная задача ввода избыточности состоит в исключении возможности аварийных последствий от возмущений соответствующих отказу системы Любые аномалии при исполнении программ необходимо сводить до уровня сбоя путем быстрого восстановления

Временная избыточность состоит в использовании некоторой части производительности ЭВМ для контроля исполнения программ и восстановления вычислительного процесса Величина временной избыточности зависит от требований к надежности функционирования системы и находится в пределах от 5-10% производительности однопроцессорной ЭВМ до трех-четырех кратного дублирования производительности машины Временная избыточность используется на обнаружение искажений их диагностику и на реализацию операций восстановления На это требуется в общем случае небольшой интервал времени который выделяется либо за счет резерва либо за счет сокращения времени решения функциональных задач

Информационная избыточность состоит в дублировании накопленных исходных и промежуточных данных обрабатываемых комплексом программ Избыточность используется для сохранения достоверности данных которые в наибольшей степени влияют на нормальное функционирование программ или требуют значительного времени восстановления Для менее важных данных информационная избыточность используется в виде помехозащитных кодов позволяющих только обнаружить искажение

Программная избыточность используется для контроля и обеспечения достоверности наиболее важных решений по управлению и обработке информации Она заключается в применении нескольких вариантов программ различающихся методами решения задачи или программной реализацией одного и того же метода Программная избыточность необходима также для реализации программ контроля и восстановления данных с использованием информационной избыточности и для функционирования всех средств защит использующих временную избыточность

Эффективность применения избыточности для повышения надежности комплексов программ

Выше рассмотрены принципы использования временной информационной и программной избыточности для обеспечения надежности программ Здесь представлены некоторые рекомендации позволяющие оценить эффективность использования избыточности Наибольшее внимание уделяется временной избыточности которая эффективно используется для оперативной защиты при отказовых ситуациях и непосредственно влияет на надежность функционирования программ

Для реализации стратегий резервирования программ необходима временная избыточность. При этом временная избыточность используется в основном для оперативного контроля состояния данных и вычислительного процесса, а также для автоматического восстановления при возникновении отказовых ситуаций. Резерв времени для выполнения этих операций можно считать достаточным независимо от числа предыдущих отказов, времени на их устранение и наработки на отказ. Кроме того, суммарное время восстановления работоспособности обычно не ограничено.

Эффективность оперативного использования временной избыточности для повышения надежности функционирования программ определяется затратами на контрольно-восстановительные операции, изменением показателей надежности в зависимости от затрат и связью этих изменений с отлаженностью программ. В результате для оценки эффективности введения временной избыточности в программе необходимо:

определить совокупные затраты на контроль, на работу при необнаруженном искажении и на восстановление, обеспечивающие заданную вероятность обнаружения отказовой ситуации при исполнении программ ;

определить основные показатели надежности функционирования программ в зависимости от совокупных затрат на оперативный контроль и восстановление;

оптимизировать суммарные затраты на отладку программ и оперативную защиту от искажений для обеспечения заданной надежности функционирования комплекса программ.

При решении последней задачи источниками искажений предполагаются только невыявленные ошибки в программах.

Влияние оперативного контроля и восстановления на производительность эвм.

Использование времени функционирования ЭВМ для контроля работоспособности, исправления искажений и восстановления при отказовых ситуациях приводит к снижению затрат производительности ЭВМ на исполнение комплекса программ в процессе эксплуатации. В результате сокращаются ресурсы ЭВМ, доступные для выполнения основных функций системы. Это сокращение ресурсов можно отразить коэффициентом простоя ЭВМ Кп = 1 - Кг , характеризующим относительные затраты времени на задачи повышения помехозащищенности программ. По мере совершенствования и углубления средств помехозащиты программ возрастают затраты времени ЭВМ на их исполнение, что отражается на снижении реальной эффективности функционирования комплекса программ.

Целесообразно исследовать влияние использования временной избыточности на сокращение полезной производительности ЭВМ для решения функциональных задач, а также на снижение потерь вследствие отказов. После определения этих составляющих можно провести их совместный анализ для оптимизации глубины помехозащиты программ с учетом затрат на ее реализацию.