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  第3题      
  知识点:   监控   可靠性   系统架构   信息化

 
【说明】
系统的故障检测和诊断是宇航系统提高装备可靠性的主要技术之一,随着装备信息化的发展,分布式架构下的资源配置越来越多、资源布局也越来越分散,这对系统的故障检测和诊断方法提出了新的要求。为了适应宇航装备的分布式综合化电子系统的发展,解决由于系统资源部署的分散性,造成系统状态的综合和监控困难的问题,公司领导安排张工进行研究。张工经过分析、调研提出了针对分布式综合化电子系统架构的故障检测和诊断的方案。
 
问题:3.1   (8分)
张工提出:宇航装备的软件架构可采用四层的层次化体系结构,即模块支持层、操作系统层、分布式中间件层和功能应用层。为了有效、方便地实现分布式系统的故障检测和诊断能力,方案建议将系统的故障检测和诊断能力构建在分布式中间件内,通过使用心跳或者超时探测技术来实现故障检测器。请用300字以内的文字分别说明心跳检测和超时探测技术的基本原理及特点。
 
问题:3.2   (8分)
张工针对分布式综合化电子系统的架构特征,给出了初步设计方案,指出每个节点的故障监测与诊断器主要负责监控系统中所有的故障信息,并将故障信息进行综合分析判断,使用故障诊断器分析出故障原因,给出解决方案和措施。系统可以给模块的每个处理机器核配置核状态监控器、给每个分区配置分区状态监控器、给每个模块配置模块状态监控器、给系统配置系统状态监控器,如图3-1所示。

请根据下面给出的分布式综合化电子系统可能产生的故障(a)~(h),判断这些故障分别属于哪类监控器检测的范围,完善表3-1的(1)~(8)的空白。
(a)应用程序除零
(b)看门狗故障
(c)任务超时
(d)网络诊断故障
(e)BIT检测故障
(f)分区堆栈溢出
(g)操作系统异常
(h)模块掉电

 
问题:3.3   (9分)
张工在方案中指出,本系统的故障诊断采用故障诊断器实现,它可综合多种故障信息和系统状态,依据智能决策数据库提供的决策策略判定出故障类型和处理方法。智能决策数据库中的策略可以对故障开展定性或定量分析。通常,在定量分析中,普遍采用基于解析模型的方法和数据驱动的方法。张工在方案中提出该系统定量分析时应采用基于解析模型的方法。但是此提议受到王工的反对,王工指出采用数据驱动的方法更适合分布式综合化电子系统架构的设计。请用300字以内的文字,说明数据驱动方法的基本概念,以及王工提出采用此方法的理由。
 
 
 

   知识点讲解    
   · 监控    · 可靠性    · 系统架构    · 信息化
 
       监控
        主要包括故障监控和性能、流量、负载等状态监控,这些监控关系到集群的健康运行及潜在问题的及时发现与干预。
        (1)服务故障、状态监控:主要是对服务器自身、上层应用、关联服务数据交互监控;例如针对前端Web Server,就可以有很多种类型的监控,包括应用端口状态监控,便于及时发现服务器或应用本身是否崩溃、通过ICMP包探测服务器健康状态,更上层可能还包括应用各频道业务的监控,这些只是一部分,还有多种监控方式,依应用特点而定。还有一些问题需解决,如集群过大,如何高性能地进行监控也是一个现实问题。
        (2)集群状态类的监控或统计,为合理管理调优集群提供数据参考,包括服务瓶颈、性能问题、异常流量、攻击等问题。
 
       可靠性
        (1)完备性。完备性评价指标及测量,如下表所示。
        
        完备性评价指标及测量
        (2)连续性。连续性评价指标及测量,如下表所示。
        
        连续性评价指标及测量
        
        (3)稳定性。稳定性评价指标及测量,如下表所示。
        
        稳定性评价指标及测量
        (4)有效性。有效性评价指标及测量,如下表所示。
        
        有效性评价指标及测量
        (5)可追溯性。可追溯性评价指标及测量,如下表所示。
        
        可追溯性评价指标及测量
        
 
       系统架构
               客户机/服务器系统
               C/S(Client/Server)结构,即大家熟知的客户机和服务器结构。它是软件系统体系结构,通过它可以充分利用两端硬件环境的优势,将任务合理分配到客户机端和服务器端来实现,降低了系统的通信开销。目前大多数应用软件系统都是客户机/服务器形式的两层结构,由于现在的软件应用系统正在向分布式的Web应用发展,Web和客户机/服务器应用都可以进行同样的业务处理,应用不同的模块共享逻辑组件;因此,内部的和外部的用户都可以访问新的和现有的应用系统,通过现有应用系统中的逻辑可以扩展出新的应用系统。这也就是目前应用系统的发展方向。
               浏览器/服务器系统
               B/S (Browser/Server)结构即浏览器和服务器结构。它是随着Internet技术的兴起,对C/S结构的一种变化或者改进的结构。在这种结构下,用户工作界面是通过WWW浏览器来实现,极少部分事务逻辑在前端(浏览器)实现,但是主要事务逻辑在服务器端(服务器)实现,形成所谓三层3-tier结构。这样就大大简化了客户端电脑载荷,减轻了系统维护与升级的成本和工作量,降低了用户的总体成本(TCO)。以目前的技术看,局域网建立B/S结构的网络应用,并通过Internet/Intranet模式下数据库应用,相对易于把握,成本也是较低的。它是一次性到位的开发,能实现不同的人员,从不同的地点,以不同的接入方式(如LAN,WAN, Internet/Intranet等)访问和操作共同的数据库;它能有效地保护数据平台和管理访问权限,服务器数据库也很安全。
               多层分布式系统(Multi-tier System)
               (1)概念。
               随着中间件与Web技术的发展,三层或多层分布式应用体系越来越流行。在多层体系中,各层次按照以下方式进行划分,实现明确分工:
               ①瘦客户:提供简洁的人机交互界面,完成数据的输入/输出。
               ②业务服务:完成业务逻辑,实现客户与数据库对话的桥梁。同时,在这一层中,还应实现分布式管理、负载均衡、Fail/Recover、安全隔离等。
               ③数据服务:提供数据的存储服务。一般就是数据库系统。
               (2)多层系统主要特点。
               多层系统主要特点是:
               .安全性。中间层隔离了客户直接对数据服务器的访问,保护了数据库的安全。
               .稳定性。对于要求24×7工作的业务系统,多层分布式体系提供了更可靠的稳定性。一是中间层缓冲Client与数据库的实际连接,使数据库的实际连接数量远小于Client应用数量。当然,连接数越少,数据库系统就越稳定。二是Fail/Recover机制能够在一台服务器宕机的情况下,透明地把客户端工作转移到其他具有同样业务功能的服务上。
               .易维护。由于业务逻辑在中间服务器,当业务规则变化后,客户端程序基本不做改动。
               .快速响应。通过负载均衡以及中间层缓存数据能力,可以提高对客户端的响应速度。
               .系统扩展灵活。基于多层分布体系,当业务增大时,可以在中间层部署更多的应用服务器,提高对客户端的响应,而所有变化对客户端透明。
               (3)多层系统举例。
               目前最为流行的两类多层应用架构为Sun的J2EE和Microsoft.Net,下面简单介绍J2EE的多层架构。
               
               J2EE多层应用架构
               (4)客户层。
               客户层用于与企业信息系统的用户进行交互以及显示根据特定商务规则进行计算后的结果。基于J2EE规范的客户端可以是基于Web的,也可以是不基于Web的独立(Stand Alone)应用程序。
               在基于Web的J2EE客户端应用中,用户在客户端启动浏览器后,从Web服务器中下载Web层中的静态HTML页面或由JSP或Servlets动态生成的HTML页面。
               在不基于Web的J2EE客户端应用中,独立的客户端应用程序可以运行在一些基于网络的系统中,例如手持设备或汽车电话等。同样,这些独立的应用也可以运行在客户端的Java Applet中。这种类型的客户端应用程序可以在不经过Web层的情况下直接访问部署在EJB容器(EJB Container)中的EJB组件。
               (5) Web层。
               J2EE规范定义的Web层由JSP页面、基于Web的Java Applets以及用于动态生成HTML页面的Servlets构成。这些基本元素在组装过程中通过打包来创建Web组件。运行在Web层中的Web组件依赖Web容器来支持诸如响应客户请求以及查询EJB组件等功能。
               (6)业务层。
               在基于J2EE规范构建的企业信息系统中,将解决或满足特定业务领域商务规则的代码构建成为业务层中的Enterprise JavaBean (EJB)组件。EJB组件可以完成从客户端应用程序中接收数据、按照商务规则对数据进行处理、将处理结果发送到企业信息系统层进行存储、从存储系统中检索数据以及将数据发送回客户端等功能。
               部署和运行在业务层中的EJB组件依赖于EJB容器来管理诸如事务、生命期、状态转换、多线程及资源存储等。这样由业务层和Web层构成了多层分布式应用体系中的中间层。
               (7)企业信息系统层。
               在企业应用系统的逻辑层划分中,企业信息系统层通常包括企业资源规划(ERP)系统、大型机事务处理(Mainframe Transaction Processing)系统、关系数据库系统(RDMS)及其他在构建J2EE分布式应用系统时已有的企业信息管理软件。
 
       信息化
        人们在生活和从事生产等活动中不断产生各种消息,接收者通过各种方式了解到的消息被称为信息。信息的传送一般应借助一定的运载工具,并将信息变换成各种表现形式,如语言、文字、图像、声音等。信息是普遍存在的,像空气一样渗透到全球各个角落、各个领域。人们在生活和工作中要随时随地地获取信息、交流和处理信息,并根据它决策或采取行动。企业为了在竞争中求得生存和发展,获取及时可靠的信息将成为第一需要。信息已同能源和材料一起成为现代化社会的三大资源。信息是资源,而且是一种战略资源。信息与材料、能源不同,信息可以被很多人使用,使用的人越多,创造的价值就越高,而且一条信息可以衍生出多条信息,取之不尽。信息与信息资源不同,信息的日常表现是无序的,但是信息本身存在着内在联系和规律,信息只有通过加工处理才能成为有价值的、可利用的信息资源。随着科技的进步和发展,特别是通信技术、电子技术、激光技术、集成电路、计算机等高技术的出现,在加快经济建设和社会发展的过程中,信息的作用越来越突出,信息和我们的日常生活密切相关,获取信息已经成为我们生活、工作中的重要内容,信息在服务于我们的生活的同时,对我们生活方式的影响也越来越大,所以我们称当前的社会为信息社会。由此衍生出了许多新兴的概念。
        信息技术是指对信息进行采集、存储、处理、检索、传递、分析与显示的高技术群。信息技术发展的总趋势是数字化、网络化与智能化,并以互联网技术及其应用技术为中心。信息产业是以现代信息技术为手段,以开发和利用信息资源为中心内容,提供信息产品和信息服务的产业部门。它包括信息产品制造业、软件与信息服务业、通信业。
        信息化是指培育、发展以智能化工具为代表的新的生产力并使之造福于社会的历史过程。智能工具一般必须具备信息获取、信息传递、信息处理、信息再生和信息利用的功能。
        完整的信息化内涵如下。
        (1)信息网络体系,它是大量信息资源、各种专用信息系统及其公用通信网络和信息平台的总称。
        (2)信息产业基础,即信息科学技术的研究、开发、信息装备的制造,软件开发与利用,各类信息系统的集成及信息服务。
        (3)社会支持环境,即现代工农业生产,以及管理体制、政策法律、规章制度、文化教育、道德观念等生产关系和上层建筑。
        (4)效用积累过程,即劳动者素质、国家的现代化水平和人们生活质量不断得到提高,精神文明和物质文明不断获得进步。
        通常人们习惯用信息产业部门所制造的收入在国民生产总值中所占的比重和信息从业者占就业人口的比例作为衡量社会信息化程度的指标。粗略认为两者均超过50%以上,其社会已进入信息社会。
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