一、章节概述
可靠性是系统在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。本章是考试的计算重点章，涵盖可靠性基本概念、故障模型、系统配置方法(单机容错、双机热备、集群)、组合模型与马尔柯夫模型的可靠度计算，以及硬件冗余(TMR)和信息冗余(校验码)等提高可靠性措施。
二、知识结构框架
17.1 可靠性概述
可靠度/可用度/可维度/MTTF/MTTR/MTBF
可靠度/可用度/可维度/MTTF/MTTR/MTBF
17.2 故障模型
故障来源 / 模型
故障来源 / 模型
17.3 系统配置方法
单机容错 / 双机热备 / 集群
单机容错 / 双机热备 / 集群
17.4 可靠性模型
时间 / 故障植入 / 数据模型
时间 / 故障植入 / 数据模型
17.5 可靠度计算
组合模型 / 马尔柯夫模型
组合模型 / 马尔柯夫模型
17.6 提高可靠性措施
硬件冗余(TMR/NMR) / 信息冗余
硬件冗余(TMR/NMR) / 信息冗余
17.7 备份与恢复
备份策略
备份策略
三、核心概念
1. 可靠性六大指标
- 可靠度 R(t)：0~t 时间内正常运行的概率。
- 可用度 A(t)：t 时刻系统可用的概率，稳态 A = MTBF / (MTBF + MTTR)。
- 可维度：t 时刻可修复的概率。
- MTTF平均无故障时间；MTTR平均故障修复时间；MTBF平均故障间隔时间。
2. 系统配置方法
- 单机容错：自检技术 + 冗余技术(硬件/软件/时间/信息冗余)。
- 双机热备份：两台服务器 + 共享磁盘阵列，Active-Standby 切换；RAID 提供存储冗余。
- 服务器集群：多节点负载均衡与高可用。
3. 提高可靠性措施
- 硬件冗余：三模冗余 TMR，三模块输入经多数表决器输出，可屏蔽单模块故障；推广为 N 模冗余 NMR(N 为奇数)。
- 信息冗余：附加校验位检错/纠错，如奇偶校验、海明码、CRC。
四、关键公式(必考计算)
MTTF = 1 / λ (λ 为失效率)
MTTR = 1 / μ (μ 为修复率)
MTBF = MTTF + MTTR
稳态可用度 A = MTBF / (MTBF + MTTR) = MTTF / (MTTF + MTTR)
串联系统：R_sys = R₁ × R₂ × … × Rₙ = ∏ Rᵢ(t)
并联系统：R_sys = 1 − ∏ Qᵢ(t) = 1 − ∏ (1 − Rᵢ(t))
串并联系统：先串联 R_row = ∏ Rᵢⱼ ，再并联 R_sys = 1 − ∏ (1 − R_row_j)
指数分布可靠度：R(t) = e^(−λt)
TMR 可靠度：R_TMR = R_v × [ R_m³ + 3 R_m² (1−R_m) ] = R_v × (3 R_m² − 2 R_m³)
软件数据模型可靠度：R(n) = R₁ⁿ = (1 − P₁)ⁿ (n 次运行不差错)
五、图示引用
图17-1 串联系统
图17-2 并联系统
图17-4 TMR 三模冗余
串联与并联可靠度公式是每年必考计算题，务必能灵活套用：串联乘积、并联 1−∏(1−R)。MTBF 与 MTTF 的关系(MTBF = MTTF + MTTR)极易混淆。TMR 可靠度公式 R_v(3R_m²−2R_m³) 需记忆。可用度稳态公式 A = MTTF/(MTTF+MTTR) 常出选择。NMR 中 N 为奇数便于表决。