Комплексирование формальных методов разработки и анализа надежности Event-B и FME(C)A

Анализируются существующие проблемы и возможность применения формальных методов при разработке отказоустойчивых компьютерных систем. Рассматривается интеграция формального метода разработки Event-B и метода анализа надежности FME(C)A для выявления возможных отказов, оценки их критичности, а также оптимального выбора и формального доказательства корректности средств восстановления и обеспечения отказоустойчивости. Предложена процедура перехода от Event-B модели корректной системы к Event-B модели корректной отказоустойчивой системы.Аналізуються існуючі проблеми й можливості застосування формальних методів під час створення відмовостійких комп’ютерних систем. Розглянуто задачу інтеграції формального методу розробки Event-B та методу аналізу надійності FME(C)A для виявлення можливих відмов, оцінки їхньої критичності, а також оптимального вибору та формального доказу коректності засобів відновлення й забезпечення відмовостійкості. Запропоновано процедуру переходу від Event-B моделі коректної системи до Event-B моделі коректної відмовостійкої системи.The paper analyses existing obstacles problems and potentialities of applying Event-B formal technique when developing fault-tolerant computing systems. We discuss an integration of the Event-B and technique of failure modes and effect analysis FME(C)A to provide an approach for identification of possible failures, estimation of their criticality, as well as optimal choice and formal proving of fault-tolerant and recovery techniques. The basic procedures of transition from Event-B model of correct system to Event-B model of fault-tolerant system is also given

Engineering holistic fault tolerance

PhD ThesisFault-tolerant software should be engineered to be maintainable as well as efficient with regards to performance and resources. These characteristics should be evaluated before deployment of the software. However, the main focus is very often made on the functional features of the application, whereas fault tolerance mechanisms are neglected. As a result, they are often neither maintainable nor efficient. The concept of Holistic Fault Tolerance was introduced to deal with these issues. It is a novel crosscutting approach to the design and implementation of fault tolerance mechanisms for developing reliable software applications that meet non-functional requirements, such as performance and resource utilisation. The thesis starts with the description of problems that were motivating for the idea of Holistic Fault Tolerance. These problems are related to resource utilisation requirements of modern computer-based systems, since more resources like hardware components and energy are required to process modern computational tasks and ensure performance and reliability of the computation. Moreover, the complexity of these systems grows, leading to maintainability deterioration, especially of those system parts, which are responsible for satisfying non-functional requirements, such as reliability, performance and resource usage. After analysis of the problems and motivations, the engineering approach to Holistic Fault Tolerance is introduced and main engineering steps are defined. Next, an architectural pattern for Holistic Fault Tolerance is presented. The method to refine the proposed architecture and ensure efficiency of a particular system under development is demonstrated during the modelling step. Then the implementation of Holistic Fault Tolerance based on the proposed architecture and modelling is described in detail. Finally, the Holistic Fault Tolerance architecture is evaluated with regards to efficiency and maintainability. The evaluation demonstrates that Holistic Fault Tolerance assists in meeting the non-functional requirements, makes fault tolerance mechanisms easier to maintain and ensures higher modularity of the source cod

Методи і засоби забезпечення надійності та функційної безпечності програмно-технічних комплексів з урахуванням фізичних і проектних дефектів компонентів

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.13.05 – комп’ютерні системи та компоненти. – Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут» Міністерства освіти і науки України; Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна Міністерства освіти і науки України. – Харків, 2021. На основі розвитку парадигми фон Неймана і гіпотези про можливість побудови надійних і функційно безпечних систем із недостатньо надійних програмно-апаратних компонентів розроблена методологія оцінювання і забезпечення надійності та функційної безпечності ПТК ІКС КЗ за рахунок опису їх інформаційно-технічного стану, удосконалення принципів зменшення та оцінювання ризиків його порушень внаслідок проєктних і фізичних дефектів і дефектів взаємодії з урахуванням змінності параметрів потоків відмов і відновлень, що забезпечує підвищення точності оцінювання шуканих показників. Удосконалено ймовірнісні моделі оцінювання надійності (безвідмовності) програмних засобів шляхом урахування вторинних дефектів. Розроблено метод оцінювання надійності та функційної безпечності ПТК зі структурно-версійною надмірністю, що забезпечує підвищення точності розрахунку функції готовності та імовірності відмов за загальною причиною. Розроблено моделі оцінювання готовності та функційної безпечності ПТК на самодіагностовних платформах та метод забезпечення функційної безпечності шляхом використання різних варіантів версійної надмірності (диверсності), що підвищило точність оцінок до 5%. Розроблено методи верифікації і валідації програмовних платформ і ПТК на їх основі і результуючий метод оціювання та забезпечення надійності і функційної безпечності ПТК ІКС КЗ, який акумулює всі попередні наукові результати та їх переваги. Він дозволяє виконувати комплексне оцінювання вказаних властивостей і забезпечує досягнення системами рівня функційної безпечності SIL-3. Отримані результати дозволили вирішити науково-прикладну проблему комплексного оцінювання і забезпечення надійності і функційної безпечності програмно-технічних комплексів інформаційно-керуючих систем критичного застосування. Ключові слова: інформаційні-керуючі системи, програмно-технічні комлекси, надійність та функційна безпечність, апаратні засоби, програмні засоби, множина дефектів, дефект проєктування програмних засобів, моделі надійності програмних засобів