
【計】 fault-tolerant software
【計】 fault tolerance
software
【計】 sortware; SW
【經】 software
容錯軟件(Fault-Tolerant Software)是指設計用于在硬件故障、軟件缺陷或外部幹擾發生時,仍能繼續提供核心服務或正确執行關鍵功能的計算機軟件系統。其核心目标是通過内置的冗餘、錯誤檢測和恢複機制,确保系統在出現預期内的故障時不會完全失效,從而保障系統的高可靠性和可用性。
核心含義與技術特征:
錯誤檢測(Error Detection): 容錯軟件的首要步驟是能夠及時識别系統中發生的錯誤。這通常通過運行時監控、一緻性檢查、心跳機制、校驗和(如循環冗餘校驗 CRC)、表決系統(如 N-版本編程)等技術實現。系統持續監控自身狀态或組件輸出,一旦檢測到異常或不符合預期的結果,即觸發後續處理流程。
來源:IEEE 軟件工程标準知識體系(SWEBOK)
錯誤恢複(Error Recovery): 檢測到錯誤後,系統需采取措施恢複到無錯誤狀态或避免錯誤傳播。常用策略包括:
來源:NASA 軟件安全指南(NASA-HDBK-2203)
故障隔離(Fault Containment): 防止單個組件或模塊的故障擴散到整個系統。這通過設計模塊化、松耦合的架構,并在模塊間設置防護區域(Firewalls)來實現。當一個模塊失效時,其影響被限制在局部,不會導緻級聯故障。
來源:ISO/IEC/IEEE 24765 系統和軟件工程詞彙
容錯設計模式: 實現容錯性常采用特定的設計模式,例如:
來源:ACM Computing Surveys (CSUR) 期刊相關研究綜述
應用場景與重要性:
容錯軟件對于要求極高可靠性和可用性的關鍵任務系統至關重要,例如:航空航天控制系統(如飛行控制軟件)、核電站監控系統、金融交易系統(如證券交易所後台)、醫療設備(如心髒起搏器軟件)、電信基礎設施以及自動駕駛系統等。在這些領域,軟件故障可能導緻災難性後果,因此必須通過容錯設計将風險降至最低。
來源:美國聯邦航空管理局(FAA)適航審定要求 / 國際電工委員會(IEC)61508 功能安全标準
容錯軟件是一種通過冗餘設計、錯誤檢測與恢複等技術,确保系統在出現故障或錯誤時仍能維持正常運行或快速恢複的軟件。其核心目标是提高系統的可靠性和穩定性,具體特點如下:
根據多個來源的歸納,容錯軟件的定義包含以下特征:
(注:如需更詳細的技術實現或行業案例,可參考、等來源。)
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