復雜計算機系統(tǒng)可用性評測技術研究.pdf

1、應用于金融業(yè)、電信業(yè)、能源、交通、航空等關系到國家經濟安全和社會安全的關鍵行業(yè)中的復雜計算機系統(tǒng)不僅要求具有極強的事務處理能力，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。這類系統(tǒng)一旦發(fā)生延誤和失效將會造成不可估量的經濟損失，還有可能產生負面的社會影響。開展面向此類復雜計算機系統(tǒng)的可用性測試研究，將有助于提高其可用性，對于保障國民經濟平穩(wěn)運行具有重要意義。
　　以往的一些研究曾提出計算機系統(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性，并且相關性的存在會影響系統(tǒng)的可用性，但是大多是從理論角度出發(fā)，并未給出實際系統(tǒng)中相關性存在的直接證據(jù)，這使得圍繞相關性的討論往往缺乏實際系統(tǒng)的支撐而說服力不足。為此論文針對某銀行計算機系統(tǒng)故障記錄和高端服務器運行日志進行分析，指出了系統(tǒng)級部件和元件級部件之間可能存在相關性的證據(jù)。為了更好的建模系統(tǒng)可用性，論文對銀行計算機系統(tǒng)故障記錄和LANL故障數(shù)據(jù)集進行了故障分布對比分析，發(fā)現(xiàn)基于對稱多處理機架構的計算系統(tǒng)

3、發(fā)生硬件故障的故障間隔時間分布屬于Weibull族。
　　為了達到高可用性要求，應用于關鍵行業(yè)中的復雜計算機系統(tǒng)往往采用k-out-of-n系統(tǒng)架構，論文重點討論了考慮相關性因素的均分負載 k-out-of-n系統(tǒng)的建模問題。首先利用隨機過程理論為均分負載型的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次部件失效的時間的分布函數(shù)服從一個兩參數(shù)威布爾分布，且系統(tǒng)在不同狀態(tài)的停留時間存在相關性。

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)的停留時間之間右尾相關性的變化，給出了指定失效序列的k-out-of-n系統(tǒng)的部件相關系數(shù)矩陣計算算法。分析結果表明，使用考慮相關性的均分負載k-out-of-n系統(tǒng)模型，比不考慮相關性的模型更貼近系統(tǒng)實際運行情況。
　　為了直觀的描述系統(tǒng)部件相關性問題，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，并應用 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)構架方式，提出了基于DRBD模型評測系統(tǒng)可用性的方法，并針對上述多種系統(tǒng)部件連接方式分析了向廣義隨機Petri網（Generalized Stochastic Petri Net，GSPN）轉化并求解可用性的方法。
　　傳統(tǒng)的可用性測試方法，利用長時間在線

6、運行多臺、同配置的目標系統(tǒng)進行在線測試。但是應用于關鍵行業(yè)中的復雜計算機系統(tǒng)可用性較高，這導致在線跟蹤測試將耗費相當長的時間才能得到準確的結果。論文針對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)級可用性測試轉化為面向冗余部件的可用性測試。本文面向事務處理型容錯計算機系統(tǒng)設計并實現(xiàn)了一個可用性評測系統(tǒng)，由故障注入平臺，可用性評測套件以及可用性評測