軟件容錯方法之--軟件冗余

軟件容錯的主要目的是提供足夠的冗余信息和算法程序，使系統在實(shí)際運行時(shí)能夠及時(shí)發(fā)現程序設計錯誤，采取補救措施，以提高軟件可靠性，保證整個(gè)計算機系統的正常運行。

軟件容錯技術(shù)主要有恢復塊方法和N－版本程序設計，另外還有防衛式程序設計等。

（1）恢復塊方法

故障的恢復策略一般有兩種：前向恢復和后向恢復。所謂前向恢復是指使當前的計算繼續下去，把系統恢復成連貫的正確狀態(tài)，彌補當前狀態(tài)的不連貫情況，這需有錯誤的詳細說(shuō)明。所謂后向恢復是指系統恢復到前一個(gè)正確狀態(tài)，繼續執行。這種方法顯然不適合實(shí)時(shí)處理場(chǎng)合。

1975年B.Randell提出了一種動(dòng)態(tài)屏蔽技術(shù)棗恢復塊方法?；謴蛪K方法采用后向恢復策略。它提供具有相同功能的主塊和幾個(gè)后備塊，一個(gè)塊就是一個(gè)執行完整的程序段，主塊首先投入運行，結束后進(jìn)行驗收測試，如果沒(méi)有通過(guò)驗收測試，系統經(jīng)現場(chǎng)恢復后由一后備塊運行。這一過(guò)程可以重復到耗盡所有的后備塊，或者某個(gè)程序故障行為超出了預料，從而導致不可恢復的后果。設計時(shí)應保證實(shí)現主塊和后備塊之間的獨立性，避免相關(guān)錯誤的產(chǎn)生，使主塊和后備塊之間的共性錯誤降到最低限度。驗收測試程序完成故障檢測功能，它本身的故障對恢復塊方法而言是共性，因此，必須保證它的正確性。

圖　恢復塊方法

（2）N－版本程序設計

1977年出現的N版本程序設計，是一種靜態(tài)的故障屏蔽技術(shù)，采用前向恢復的策略，其設計思想是用N個(gè)具有相同功能的程序同時(shí)執行一項計算，結果通過(guò)多數表決來(lái)選擇。其中N份程序必須由不同的人獨立設計，使用不同的方法，不同的設計語(yǔ)言，不同的開(kāi)發(fā)環(huán)境和工具來(lái)實(shí)現。目的是減少N版本軟件在表決點(diǎn)上相關(guān)錯誤的概率。另外，由于各種不同版本并行執行，有時(shí)甚至在不同的計算機中執行，必須解決彼此之間的同步問(wèn)題。

圖　N版本程序設計

（3）防衛式程序設計

防衛式程序設計是一種不采用任何一種傳統的容錯技術(shù)就能實(shí)現軟件容錯的方法，對于程序中存在的錯誤和不一致性，防衛式程序設計的基本思想是通過(guò)在程序中包含錯誤檢查代碼和錯誤恢復代碼，使得一旦錯誤發(fā)生，程序能撤消錯誤狀態(tài)，恢復到一個(gè)已知的正確狀態(tài)中去。其實(shí)現策略包括錯誤檢測，破壞估計和錯誤恢復三個(gè)方面。

除上述三種方法外，提高軟件容錯能力亦可以從計算機平臺環(huán)境、軟件工程和構造異常處理模塊等不同方面達到。此外，利用高級程序設計語(yǔ)言本身的容錯能力，采取相應的策略，也是可行的辦法。如c＋＋語(yǔ)言中的try_except處理法：try_finally中止法等。

軟件容錯雖然起步較晚，但具有獨特的優(yōu)勢，費用增加較少。而硬件容錯的每一種策略都要增加費用。目前，軟件容錯已成為容錯領(lǐng)域重要分支之一。