計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)軟件可靠性與安全性技術(shù)保障

電子信息工程學(xué)院岳強(qiáng)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖技術(shù)---計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)軟件可靠性與安全性技術(shù)保障

計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)軟件可靠性與安全性技術(shù)保障第1頁(yè)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)軟件可靠性與安全性技術(shù)保障

一、軟件故障二、操作系統(tǒng)選擇與應(yīng)用

三、數(shù)據(jù)安全性保障技術(shù)

四、功效軟件可靠性與安全性保障技術(shù)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)軟件可靠性與安全性技術(shù)保障第2頁(yè)一、故障分析1、故障分類(lèi)(1)永久故障:軟件編程出現(xiàn)錯(cuò)誤(2)瞬間故障：硬件瞬間故障和干擾。2、軟件故障安全性 指軟件不論是否完成其預(yù)定功效，不會(huì)造成意外事故發(fā)生概率計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)軟件可靠性與安全性技術(shù)保障第3頁(yè)一、故障分析軟件故障安全性主要研究?jī)?nèi)容(1)軟件故障安全性需求分析及軟件故障安全性設(shè)計(jì)消除與控制系統(tǒng)危險(xiǎn)方法降低損失方法(2)軟件故障安全性驗(yàn)證和確認(rèn)及軟件故障安全評(píng)定。計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)軟件可靠性與安全性技術(shù)保障第4頁(yè)二、操作系統(tǒng)選擇與應(yīng)用

1、定義

操作系統(tǒng)是最基本系統(tǒng)軟件，是計(jì)算機(jī)用戶和計(jì)算機(jī)硬件之間接口程序模塊，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)關(guān)鍵控制軟件。其功效簡(jiǎn)單描述就是控制和管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部各種資源。有效組織各種程序高效運(yùn)行，從而為用戶提供良好、可擴(kuò)展系統(tǒng)操作環(huán)境，到達(dá)使用方便、資源分配合理、安全可靠目標(biāo)。計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)軟件可靠性與安全性技術(shù)保障第5頁(yè)二、操作系統(tǒng)選擇與應(yīng)用當(dāng)前聯(lián)鎖中采集操作系統(tǒng)DOS、WINDOWS、LINUX、VxWorks2、幾個(gè)操作系統(tǒng)分析(1)通用計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)年,類(lèi)Unix家族和微軟Windows家族(2)主機(jī)系統(tǒng)和嵌入式操作系統(tǒng)使用多樣系統(tǒng)，而且很多和Windows、Unix都沒(méi)有直接聯(lián)絡(luò)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)軟件可靠性與安全性技術(shù)保障第6頁(yè)微軟（Microsoft）MS-DOS

Xenix

MicrosoftBob

基于MS-DOS操作系統(tǒng)Windows

Windows1.0

Windows2.0

Windows3.1

Windows95

Windows98

WindowsME

WindowsNT

WindowsNT3.5

WindowsNT4

Windows

WindowsXP

WindowsXPMediaCenterEdition

WindowsXPProfessionalx64Edition

WindowsServer

WindowsServer64-bitEdition

WindowsVista

計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)軟件可靠性與安全性技術(shù)保障第7頁(yè)非Unix商業(yè)操作系統(tǒng)CPM操作系統(tǒng)

MP/M-80

UCSDP-system

Mini-FLEX

SSB-DOS

CP/M-86

DR-DOS

FreeDOS

MS-DOS

PC-DOS

Mach由卡納尼基梅隆大學(xué)研究L4微內(nèi)核第二代微內(nèi)核CHORUS

Choices

Multics

OS-9

NSJ

計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)軟件可靠性與安全性技術(shù)保障第8頁(yè)Unix及類(lèi)似系統(tǒng)A/UX(AppleUNIX)Unix

微軟Xenix

ChorusOS

Cromix

UNIflex

OS-9IBMAIX

BSD

FreeBSD

NetBSD

OpenBSD

DragonFlyBSDDigitalUNIX，即之后康柏Tru64

DNIX

HPHP-UX

GNU/Hurd

SGIIRIX

Linux（或稱(chēng)GNU/Linux）MacOSX

MenuetOS

Minix

OSF/1

SCOSCOUNIXSunSunOS，即之后Solaris

SystemV

Ultrix

UniCOS

麒麟操作系統(tǒng)(Kylin),由國(guó)防科技大學(xué)、中軟企業(yè)、聯(lián)想企業(yè)、浪潮企業(yè)和民族恒星企業(yè)五家單位合作研制服務(wù)器操作系統(tǒng)OS/390

z/OS

Syllable

計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)軟件可靠性與安全性技術(shù)保障第9頁(yè)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)VxWorks 美國(guó)WindRiver企業(yè)產(chǎn)品,應(yīng)用很廣泛，市場(chǎng)擁有率比較高μC／OS-II:

美國(guó)嵌入式系統(tǒng)教授JeanJ．Labrosse用C語(yǔ)言編寫(xiě)一個(gè)結(jié)構(gòu)小巧、搶占式多任務(wù)實(shí)時(shí)內(nèi)核μClinux

優(yōu)異嵌入式Linux版本，其全稱(chēng)為micro-controlLinuxeCos

eCos(embeddedConfigurableoperatingsystem)，即嵌入式可配置操作系統(tǒng)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)軟件可靠性與安全性技術(shù)保障第10頁(yè)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)軟件可靠性與安全性技術(shù)保障第11頁(yè)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)軟件可靠性與安全性技術(shù)保障第12頁(yè)三、數(shù)據(jù)安全性保障技術(shù)1、采取不對(duì)稱(chēng)編碼表示包括安全信息2、關(guān)鍵數(shù)據(jù)異地多份存放 空間冗余

3、規(guī)范化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)生成方式

機(jī)輔設(shè)計(jì)4、數(shù)據(jù)完好正確性檢驗(yàn)

檢驗(yàn)軟件計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)軟件可靠性與安全性技術(shù)保障第13頁(yè)四、功效軟件可靠性與安全性保障(一)故障安全軟件設(shè)計(jì)基本標(biāo)準(zhǔn)及方1、采取冗余結(jié)構(gòu)，多樣性，雙份編碼2、充分分析和測(cè)試3、失敗或可疑時(shí)，可采取程序卷回方法4、全部在線計(jì)算機(jī)應(yīng)該進(jìn)行連續(xù)比較5、正確次序執(zhí)行6、采取固件運(yùn)行模式7、失效發(fā)生，輸出限定在安全狀態(tài)。8、監(jiān)視器預(yù)防程序進(jìn)入死循環(huán)或停頓運(yùn)行計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)軟件可靠性與安全性技術(shù)保障第14頁(yè)(二)程序設(shè)計(jì)階段必須遵照辦法1、嚴(yán)格恪守軟件工程方法 編制正確規(guī)格說(shuō)明書(shū)，良好軟件開(kāi)發(fā)工具和環(huán)境2、采取模塊化程序設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(1)每個(gè)模塊對(duì)應(yīng)一個(gè)特定功效。(2)一個(gè)模塊只應(yīng)有一個(gè)入口和一個(gè)出口。(3)任何模塊長(zhǎng)度不得超出該系統(tǒng)要求極限。(4)模塊間接口應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單。(5)模塊輸入輸出參數(shù)應(yīng)限制到最少計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)軟件可靠性與安全性技術(shù)保障第15頁(yè)(二)程序設(shè)計(jì)階段必須遵照辦法3、采取結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(1)安全關(guān)鍵模塊之間接口嚴(yán)格校驗(yàn)。(2)明確安全側(cè)和危險(xiǎn)側(cè)。使用前進(jìn)行驗(yàn)證。(3)選擇結(jié)構(gòu)應(yīng)使用條件標(biāo)志危險(xiǎn)例編碼做為判斷條件；對(duì)選擇結(jié)構(gòu)兩個(gè)出口必須要求哪一個(gè)是安全側(cè)。(4)應(yīng)校驗(yàn)危險(xiǎn)出口相關(guān)全部條件標(biāo)志；在選擇安全側(cè)出口時(shí)，只作簡(jiǎn)單校驗(yàn)即可。4、正確數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和良好設(shè)計(jì)格調(diào)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)軟件可靠性與安全性技術(shù)保障第16頁(yè)(三)軟件容錯(cuò)設(shè)計(jì)基本技術(shù)1、N版本程序設(shè)計(jì)（NVP）靜態(tài)冗余結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn):機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需設(shè)計(jì)檢測(cè)程序缺點(diǎn)：①處理時(shí)間是單版本N倍；②設(shè)計(jì)所花力量是單版本N倍；③表決程序設(shè)計(jì)比較困難；④與外部事件同時(shí)或并行處理中有交互過(guò)程時(shí)，難于處理。計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)軟件可靠性與安全性技術(shù)保障第17頁(yè)NVP結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)軟件可靠性與安全性技術(shù)保障第18頁(yè)(三)軟件容錯(cuò)設(shè)計(jì)基本技術(shù)2、恢復(fù)塊（RecoveryBlock）技術(shù)

計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)軟件可靠性與安全性技術(shù)保障第19頁(yè)(三)軟件容錯(cuò)設(shè)計(jì)基本技術(shù)3、容錯(cuò)算法設(shè)計(jì)

數(shù)值運(yùn)算容錯(cuò)設(shè)計(jì)（1）慎重設(shè)計(jì)算法，合理安排運(yùn)算次序（2）子程序容錯(cuò)設(shè)計(jì)邏輯運(yùn)算容錯(cuò)設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)軟件可靠性與安全性技術(shù)保障第20頁(yè)(四)降低程序失控編程技術(shù)1．盡可能采取單字節(jié)指令2．盡可能少用程序控制類(lèi)指令操作碼作多字節(jié)指令操作數(shù)，以降低程序失控概率。3．慎用堆棧操作指令4．指令冗余5．關(guān)鍵指令雙重化6．指令復(fù)執(zhí)7．程序卷回計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)軟件可靠性與安全性技術(shù)保障第21頁(yè)(五)程序失控捕捉技術(shù)1．軟件陷阱法實(shí)際軟件陷阱是由三條指令組成：NOPNOPLJMPERR2．監(jiān)督定時(shí)器（WDT）法計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)軟件可靠性與安全性技術(shù)保障第22頁(yè)(六)接口軟件容錯(cuò)設(shè)計(jì)1、輸入接口軟件容錯(cuò)設(shè)計(jì)①開(kāi)關(guān)量輸入接口軟件容錯(cuò)設(shè)計(jì) 屢次輸入法、數(shù)字量數(shù)字判別法、數(shù)字量輸入封鎖法；②模