3.3. Математические модели оперативного контроля и восстановления функционирования комплекса программ

Характеристики обнаружения искажений и оценки работоспособности зависят от типа и качества теста приемлемости результатов функционирования. Тест приемлемости содержит эталонные данные, правила сопоставления результатов функционирования с эталонами и допуски. Процесс контроля и оперативного обнаружения искажений характеризуется следующими факторами:

- вероятностью обнаружения искажения при использовании процедуры контроля р₁;

- затратами на проведение процедуры контроля b₁;

- длительностью проведения процедуры контроля t₁;

- интервалом времени между последовательными процедурами контроля t’;

- потерями в эффективности функционирования комплекса программ из-за запаздывания на единицу времени в обнаружении искажения данных или вычислительного процесса b₂;

- вероятностью ложного обнаружения искажения р_л.

Во многих случаях после искажения проходит несколько этапов оперативного восстановления с последовательным применением усложняющихся методов и оценкой степени восстановления работоспособности после каждого этапа. Каждый метод восстановления характеризуется следующими параметрами:

- вероятностью полного восстановления нормального функционирования комплекса программ р₃;

- затратами ресурсов ВС на восстановительные работы b₃;

- длительностью проведения работ по восстановлению, включая время выбора метода восстановления и время его реализации t₃;

- длительностью _в проявления последствий искажения после восстановления.

Показатели восстановления р₃, t₃ и _в в разной степени влияют на показатели надежности функционирования ПО. В зависимости от динамических характеристик внешних абонентов может быть определено предельное время t_д, позволяющее разделить сбой и отказ. Если восстановление работоспособности завершается за время, меньшее t_д, то происшедшее искажение не влияет на основные показатели надежности. Это соответствует оперативному восстановлению системы с временной избыточностью и пополняемым резервом времени. Кроме состояний работоспособности и отказа, может выделяться состояние восстановления, при котором длительность проведения восстановительных работ не влияет на характеристики надежности.

Поскольку на полноту восстановления влияет большое число факторов и дифференцированный учет характеристик р₃, t₃ и _в затруднен, примем, что совокупность восстановительных процедур обеспечивает полную работоспособность и _в = 0.

Процесс функционирования ПО на однопроцессорной ЭВМ в реальном масштабе времени с учетом операций контроля и восстановления представлен графом состояний, дуги в котором соответствуют возможным переходам между состояниями (рис. 15). Состояние 0 – нормальное функционирование ПО; 1 – состояние контроля, соответствует переходу ПО в режим контроля функционирования и обнаружения ошибок; 2 – состояние функционирования ПО при наличии искажения, не обнаруженного средствами контроля; 3 – состояние восстановления после искажения; 4 – восстановление после ложной тревоги, соответствует восстановлению полезной работы после ложного проявления искажения, когда в действительности состояние полезной работы не нарушилось.

Рис. 15. Граф переходов из состояния «полезная работа» в состояние «контроль» и «восстановление»

Переходы между состояниями происходят случайно или в некоторых направлениях детерминированно. Переход в состояние контроля может происходить периодически и от его результатов зависит переход в состояние восстановления (рис. 16, диаграмма 1). Пребывание во всех состояниях, кроме нулевого, сопряжено с затратами производительности ВС на выполнение операций, не связанных с прямыми функциональными задачами и может рассматриваться как снижение производительности ВС.

Рис. 16. Временная диаграмма состояний комплекса программ

1 – полная схема состояний (заштрихованы работоспособные состояния); 2 – простои при запаздывании в обнаружении искажения, контроле и восстановлении; 3 – отказы.

На производительность влияют затраты на проведение операций контроля, восстановления и работу с неустраненными искажениями независимо, в какой последовательности они происходят и какие ресурсы требуются (рис. 16, диаграмма 2). Пребывание в этих состояниях рассматривают как отказ, если длительность непрерывного пребывания вне состояния 0 превышает t_д (диаграмма 3). При определении влияния на показатели надежности учитывается только такая цепочка последовательных состояний вне работоспособного, которая оказывается протяженностью больше t_д. Все остальные короткие выходы из состояния 0 не влияют на надежность. Последующий анализ влияния процедур контроля и восстановления на функционирование комплекса программ целесообразно проводить с позиции влияния этих операций на производительность, общую эффективность функционирования и надежность функционирования программ [8].