输入输出系统-- 可靠性、可用性和可信性
输入输出系统简称IO系统(与“系统”有关的文档共6张)
6.1 引 言
1. 输入/输出系统简称I/O系统
包括： I/O设备 I/O设备与处理机的连接
2. I/O系统的重要性
◆ 完成与外部系统的信息交换，是Von Neumann
结构计算机的重要组成部分之一。 ◆ 衡量指标
第一页，共6页。
1／6
6.1 引 言
响应时间（Response Time）
够减少系统响应时间。 仍然会导致CPU处于空闲状态。 CPU性能浪费在I/O上。
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6.1 引 言
例6.1 假设一台计算机的I/O处理占10％，当其CPU性 能改进，而I/O性能保持不变时，系统总体性能会出现什 么变化？
如果CPU的性能提高10倍 如果CPU的性能提高100倍
仍I/O然设会备导与致处C理P机U处的于连空接闲◆状态可。 切换的进程数量有限，当I/O处理较慢时，
◆ 完成与外部系统的信息交换，是Von Neumann
仍然会导致CPU处于空闲状态。 ◆ 完成与外部系统的信息交换，是Von Neumann
结构计算机的重要组成部分之一。 1 I/O系统性能与CPU性能 如果CPU性能提高100倍，程序的计算时间为： CPU性能浪费在I/O上。 ◆ 多进程技术只能够提高系统吞吐率，并不能
解：假设原来的程序执行时间为1个单位时间。如果 CPU的性能提高10倍，程序的计算（包含I/O处理）时 间为：
(1 - 10%)/10 + 10% = 0.19
第四页，共6页。
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6.1 引 言
即整机性能只能提高约5倍，差不多有50％的
CPU性能浪费在I/O上。 如果CPU性能提高100倍，程序的计算时间为： (1 - 10%)/100 + 10% = 0.109
软件测试中的可靠性与可用性测试
软件测试中的可靠性与可用性测试在当今数字化的时代，软件已经成为我们生活和工作中不可或缺的一部分。
从智能手机上的各种应用程序，到企业使用的复杂业务系统，软件的质量和性能直接影响着用户的体验和工作效率。
而在软件质量的众多属性中，可靠性和可用性是两个至关重要的方面。
本文将深入探讨软件测试中的可靠性与可用性测试，帮助您更好地理解它们的重要性、测试方法以及如何确保软件在实际使用中能够满足用户的需求。
一、可靠性与可用性的概念可靠性是指软件在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。
简单来说，就是软件能够稳定、持续地正常运行，不会出现意外的错误或故障。
例如，一个在线购物网站在高峰期能够承受大量用户的访问，并且不会出现崩溃或数据丢失的情况，这就体现了较高的可靠性。
可用性则侧重于用户能够方便、有效地使用软件来完成他们的任务。
它包括软件的易学性、易用性、可操作性等方面。
一个可用性好的软件，用户能够轻松上手，操作流程简洁明了，并且能够快速找到所需的功能。
比如，一款手机应用的界面设计简洁美观，操作按钮清晰可见，用户无需花费过多的时间和精力去学习如何使用，这就是可用性的体现。
二、可靠性测试1、压力测试压力测试是通过模拟大量的用户请求或数据负载，来评估软件在高压力环境下的性能和稳定性。
例如，对一个网站进行压力测试，可以使用工具模拟成千上万的用户同时访问，观察服务器的响应时间、资源利用率以及是否出现错误。
2、容错测试容错测试是检查软件在遇到错误或异常情况时的处理能力。
比如，当输入的数据不符合规范时，软件是否能够给出友好的提示并正确处理；当网络连接中断时，软件是否能够自动恢复并保存数据。
3、恢复测试恢复测试主要关注软件在出现故障或灾难后，能否快速恢复到正常运行状态。
这包括数据的恢复、系统的重启以及服务的重新启动等方面。
例如，测试一个数据库系统在遭遇硬件故障后，能否通过备份数据快速恢复，并且保证数据的完整性和一致性。
三、可用性测试1、用户体验测试用户体验测试通过观察和收集用户在使用软件过程中的反馈和行为，来评估软件的可用性。
本系统主要性能指标
本系统主要性能指标系统的主要性能指标是指测量和评估系统各方面性能的参数和指标。
以下是一些常见的系统性能指标。
1.响应时间（Response Time）：指系统从接收到一项任务或请求到完成该任务或请求所花费的时间。
它通常是用户对系统性能最直观的感知指标，因为用户通常期望任务能够以最短的时间完成。
2.吞吐量（Throughput）：指系统在给定时间内能够完成的任务或请求的数量。
吞吐量表示系统的处理能力，通常以每秒处理的请求数或事务数来衡量。
3.并发性（Concurrency）：指系统能同时处理的并发用户数或并发任务数。
并发性是评估系统处理能力的重要指标，系统的并发性能强调系统在面对大量用户或任务时，能够快速且有效地处理和响应。
4.资源利用率（Resource Utilization）：指系统在运行过程中所使用的硬件资源（如处理器、内存、磁盘等）的利用率。
资源利用率评估了系统对硬件资源的有效使用程度，可以揭示出系统在高负载情况下的扩展性和稳定性。
5.可靠性（Reliability）：指系统的稳定性和可用性，即系统在运行过程中不出现故障或中断的能力。
可靠性通常通过故障率、可用时间、恢复时间等指标来评估。
6.容错性（Fault Tolerance）：指系统在出现故障或错误的情况下仍能正常运行的能力。
容错性通常通过系统的冗余设计、异常处理机制、故障恢复功能等来实现。
7.可扩展性（Scalability）：指系统在资源需求增加时能够保持或提高性能水平的能力。
可扩展性评估了系统在不同工作负载情况下的性能表现，通常以增加硬件资源或采取一些优化措施来提高系统的性能。
8.安全性（Security）：指系统保护用户数据和系统资源免受未经授权访问、损坏或篡改的能力。
安全性评估了系统在保护用户隐私和数据保密性方面的能力，通常以认证、授权、加密等措施来实现。
9.可维护性（Maintainability）：指系统易于维护的程度，包括系统的结构设计、代码可读性、文档完整性等方面。
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
5
├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。
2022年厦门理工学院数据科学与大数据技术专业《计算机系统结构》科目期末试卷B(有答案)
2022年厦门理工学院数据科学与大数据技术专业《计算机系统结构》科目期末试卷B（有答案）一、选择题1、利用时间重叠概念实现并行处理的是( )。
A.流水处理机B.多处理机C.并行（阵列）处理机D.相联处理机2、计算机组成设计不考虑( )。
A.专用部件设置B.功能部件的集成度C.控制机构的组成D.缓冲技术3、“启动I/O”指令是主要的输入输出指令，是属于（）。
A.目态指令B.管态指令C.目态、管态都能用的指令D.编译程序只能用的指令4、从计算机系统结构上讲，机器语言程序员所看到的机器属性是（）A.计算机软件所要完成的功能B.计算机硬件的全部组成C.编程要用到的硬件组织D.计算机各部件的硬件实现。
5、开发并行的途径有（），资源重复和资源共享。
A.多计算机系统B.多道分时C.分布式处理系统D.时间重叠6、计算机系统的层次结构按照由高到低的顺序分别为（）。
A.高级语言机器级，汇编语言机器级，传统机器语言机器级，微程序机器级B.高级语言机器级，应用语言机器级，汇编语言机器级，微程序机器级C.应用语言机器级，传统机器语言机器级，汇编语言机器级，操作系统机器级D.应用语言机器级，操作系统机器级，微程序机器级，传统机器语言机器级7、在操作系统机器级，一般用（）程序（）作业控制语句。
A.汇编程序，翻译B.汇编程序，解释C.机器语言，解释D.机器语言，翻译8、1TFLOPS计算机能力，1TBYTE/S的I/O带宽和（）称为计算机系统的3T性能目标。
A，1TBYTE 硬盘容量B.1TBYTE 软盘容量C.1TBYTE 主存容量D.A和B9、对机器语言程序员透明的是( )。
A.中断字B.主存地址寄存器C.通用寄存器D.条件码10、浮点数尾数基值rm=8，尾数数值部分长6位，可表示的规格化最小正尾数为( )A.0.5B.0.25C.0.125D.1/64二、填空题11、评价地址码个数不同的4种指令的优缺点的主要标准是________和________12、输入输出设备的异步性、实时性、与________三个特点是现代计算机系统必须具备的共同特性。
操作系统性能指标
操作系统性能指标操作系统性能指标是评价操作系统性能优劣的衡量标准，它是通过对操作系统运行过程中各个关键部分进行监测和测试来得到的。
操作系统性能指标的好坏直接影响到系统的稳定性、响应速度和用户体验。
本文将依次介绍常见的操作系统性能指标以及对应指标的意义和评价方法。
一、响应时间（Response Time）响应时间是指操作系统在接收到一些请求后所需的时间来完成该请求，并返回结果给用户。
响应时间是用户评价操作系统性能的重要指标，较短的响应时间意味着系统运行效率高，用户体验良好。
响应时间可通过测量一些操作的开始和结束时间差来得到。
二、吞吐量（Throughput）吞吐量是指一些系统单位时间内所能处理的任务数量，也即系统的处理能力。
吞吐量较大的操作系统表示其资源利用率高，能够高效地处理大量的并发任务。
吞吐量可以通过单位时间内完成的任务数来计算。
三、并发性（Concurrency）并发性指的是操作系统所能同时处理的多个任务的能力。
一个操作系统的并发性越高，表示其可以同时处理更多的任务，减少资源浪费，提高系统的性能。
并发性可通过同时执行的进程数量来衡量。
四、可靠性（Reliability）可靠性是指操作系统在长时间运行过程中保持稳定性和可预测性的能力。
一个可靠性较高的操作系统意味着其在面对各种异常情况时能够有效地避免崩溃或出现错误，保持系统正常运行。
可靠性可以通过统计系统崩溃次数、错误处理能力等来评估。
五、安全性（Security）安全性是指操作系统在面对各种攻击和恶意软件时能够保护系统资源和用户数据的能力。
一个安全性较高的操作系统可以有效地防御各种外部和内部威胁，保护用户的隐私和敏感信息。
安全性可以通过评估系统的防火墙、用户权限管理等来进行评价。
六、可用性（Availability）可用性是指操作系统正常运行的时间比例，也称为系统的可用时间。
一个可用性高的操作系统表示其运行稳定，可以长时间持续工作，减少系统停机和维护时间。
信息系统的可用性与可靠性设计
信息系统的可用性与可靠性设计信息系统在现代社会中扮演着至关重要的角色，因此其可用性和可靠性的设计就显得尤为重要。
本文将就信息系统的可用性与可靠性进行探讨，并提出一些设计原则和方法。
一、可用性设计1.考虑用户需求：在进行信息系统的设计时，要充分考虑用户的需求和习惯。
例如，在界面设计上要简洁明了，操作要便捷易懂，以提高用户的满意度和使用体验。
2.提供良好的反馈机制：用户在使用信息系统时，应及时获得反馈，以便了解操作的结果和进度。
例如，对于提交表单或完成任务的操作，系统应给予明确的提示，让用户知道操作是否成功。
3.保障系统的可用性：为了防止系统因故障或故意破坏而无法正常运行，需要采取相应的安全措施。
例如，进行数据备份，设置容灾机制，以及对重要的硬件设备进行监控和维护。
二、可靠性设计1.健壮的代码编写：在进行信息系统开发时，要编写健壮性强的代码，确保系统能够正确地处理各种异常情况。
例如，对输入数据进行有效的验证和过滤，防止恶意攻击或错误输入导致系统崩溃。
2.模块化设计：将系统拆分为多个模块，并采用合适的接口和通信机制进行连接，可以提高系统的可靠性和可扩展性。
当一个模块出现故障时，可以更容易地进行故障排除和修复，而不会影响整个系统的正常运行。
3.错误处理与恢复机制：系统应提供完善的错误处理和恢复机制，以应对各种故障情况。
例如，对于操作失败或发生错误的情况，系统应能够给予及时的提示和纠正措施，并能够自动进行数据恢复或系统恢复。
三、设计原则和方法1.容错性设计：在信息系统设计中，要考虑到各种可能的故障和错误情况，并采取相应的容错措施。
例如，利用冗余技术实现数据备份和故障切换，确保系统在部分硬件或软件故障的情况下能够继续运行。
2.性能优化设计：为了提高系统的可用性和可靠性，需要对系统进行性能优化。
例如，优化数据库查询和存储方式，提高系统的响应速度和并发能力，以满足用户的需求。
3.测试和评估：在信息系统设计完成后，应进行全面的测试和评估。
软件测试中的可靠性与可用性测试
软件测试中的可靠性与可用性测试软件测试是软件开发过程中重要的一环，其目的是确保软件的质量和功能可靠性。
其中，可靠性和可用性测试是测试的两个重要方面。
本文将介绍软件测试中的可靠性与可用性测试方法和重要性。
一、可靠性测试可靠性测试旨在评估软件在特定环境下的稳定性和健壮性。
其主要目标是检测软件在正常和异常条件下的性能以及其是否能够持续工作并正确响应用户操作。
以下是几种常用的可靠性测试方法：1. 冒烟测试：冒烟测试是在软件发布前进行的初步测试，用于确认软件的基本功能是否正常。
它主要关注软件是否能够启动、基本功能是否可用，以及是否存在严重错误。
2. 回归测试：回归测试用于验证软件的新功能或修复过的错误是否对原有功能产生了负面影响。
它通过重新执行之前的测试案例来检测是否引入了新的错误。
3. 并发性测试：并发性测试用于评估软件在同时处理多个用户或请求时的性能和效果。
它可以检测软件在高负载条件下的稳定性和性能表现。
4. 故障注入测试：故障注入测试是一种主动引入故障或异常条件来测试软件的可靠性的方法。
通过模拟不同的故障情景，可以评估软件对错误的容忍能力和恢复能力。
二、可用性测试可用性测试旨在评估软件的易用性和用户体验。
其主要目标是确保软件界面友好、操作简单，并符合用户的期望。
以下是几种常用的可用性测试方法：1. 用户界面测试：用户界面测试用于评估软件的界面设计、布局和交互效果。
它主要关注界面的易用性、视觉效果和用户导航流程。
2. 用户体验测试：用户体验测试通过模拟真实用户的操作，评估软件在不同场景下的用户体验。
它可以发现潜在的问题和改进建议，提升用户的满意度和忠诚度。
3. 错误处理测试：错误处理测试用于评估软件在出现错误或异常情况时的反应和处理能力。
它可以检测软件是否能够提供清晰、准确的错误提示，并在发生错误时提供适当的解决方案。
4. 可访问性测试：可访问性测试用于评估软件是否符合无障碍要求，能够被残障人士轻松访问和使用。
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(5) 1根SCSI连线，其MTTF为1000000小时；
虚拟存储器的特点
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6.3 可靠性、可用性和可信性
假定每个部件的正常工作时间服从指数分布,
即部件的工作时间与故障出现的概率无关；同时假
定各部件的故障相互独立，试计算整个系统的MTTF。 解：整个系统的+ + + + × ＝10 1000000 500000 200000 200000 1000000
生了失效；
(4) 系统中的所有部件的故障、错误和失效均存在 这样的关系。
虚拟存储器的特点 2／8
6.3 可靠性、可用性和可信性
2. 故障的分类 (1) 按故障产生的原因分
◆ 硬件故障：设备失效产生的故障
◆ 设计故障 ◆ 操作故障：由于用户操作的失误引起的故障 ◆ 环境故障
(2) 按故障出现的周期分
虚拟存储器的特点
6.3 可靠性、可用性和可信性
1. 故障、错误和失效之间的关系 (1) 一个故障可能会导致一个或者多个错误； (2) 错误通常具有以下特性
◆ 错误在潜在状态和有效状态间相互转换； ◆ 潜在的错误可能通过激活而有效； ◆ 有效错误的影响可以传递，引起新的错误。
(3) 如果错误影响到部件正常的服务时，部件就发
故障避免技术 故障容忍技术 错误消除技术 错误预报技术
虚拟存储器的特点
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◆ 暂时性故障 ◆ 间歇性故障 ◆ 永久性故障
虚拟存储器的特点
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6.3 可靠性、可用性和可信性
3. 系统可靠性
◆ 系统从初始状态开始一直提供服务的能力
◆ 用平均无故障时间MTTF来衡量
4. 系统可用性
◆ 系统正常工作时间在连续两次正常服务间隔时
间中所占的比率
◆ 用MTTF/MTBF（平均失效间隔时间）来衡量
5. 系统可信性
◆ 多大程度上可以合理地认为服务是可靠的 ◆ 可信性不可度量
虚拟存储器的特点
4／8
6.3 可靠性、可用性和可信性
例6.2 假设磁盘子系统的组成部件和它们的MTTF如下：
(1) 磁盘子系统由10个磁盘构成，每个磁盘
的MTTF为1000000小时； (2) 1个SCSI控制器，其MTTF为500000小时； (3) 1个不间断电源，其MTTF为200000小时； (4) 1个风扇，其MTTF为200000小时；
23 = 1000000
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6.3 可靠性、可用性和可信性
系统的MTTF为系统失效率的倒数，即： MTTF ＝ 1000000 = 43500小时 23
大约为5年。
虚拟存储器的特点
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6.3 可靠性、可用性和可信性
6. 提高系统可靠性的方法
◆ 有效构建方法 ◆ 纠错方法
具体的说，可分为:
第六章 输入/输出系统
6.3 可靠性、可用性和可信性
◆ 反映存储外设可靠性能的参数
可靠性（Reliability） 可用性（Availability） 可信性（Dependability） 故障（fault） 错误（error） 失效（failure）
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◆ 与可靠性相关的三个术语