数据库系统的可靠性模型及其维护策略的基础研究

摘要

现代信息社会依赖于信息的储存和交流，数据库的可靠性，比以往任何时候都重要。为保证数据库系统的可靠性和数据安全，维护数据库很有必要。良好的数据库系统可靠性数理模型有助于准确预测和判断数据库系统可靠性变化，为选择正确的维护方法和维护策略提供依据。在此基础上，可以借鉴可靠性数理模型得出的研究结果，设计出结构更加合理的数据库系统。
　　 本文研究了数据库系统的可靠型模型和维护策略的分析工具和基本框架，主要研究内容如下：
　　 本文采用概念模型法，在对大型数据库结构和内部关系进行分析的基础上，进行适当的简化、抽象，从原本的单纯独立损伤假设扩展为考虑独立、共因和级联失效模式的系统可靠性数理模型。然后分别给出了系统内各部件独立失效、共因失效和级联失效情况下，串联、并联和表决系统的可靠度函数和相应的可靠度指标，并利用马尔可夫过程、更新过程和故障树分析等数学工具，分析了存在共因失效模式的，内部具有不同层次的数据库系统的可靠度函数和相应的可靠性指标，对系统内不同共因失效事件的概率重要度以及共因失效事件对系统不同层次的影响进行了解析。对于存在级联失效的系统，首先运用更新过程分析了存在级联失效的两同型部件并联系统的可靠度模型和维护策略以及级联强度对维护策略的影响；然后运用马尔可夫过程方法分析建立了由n个相同部件组成的表决系统的可靠度模型，并利用Laplace-Stieltjes变换等数学方法求出此类系统的可靠度函数和相应的可靠度指标；再采用Brands算法分析复杂网络系统中各节点的负载强度和级联失效影响，通过故障树分析等方法，得到此类系统的可靠度函数和相应的可靠度指标。以上数理模型的分析结果说明：与原本的独立损伤假设不同，共因失效和级联失效会显著降低系统的可靠度，而有针对的增加系统内特定部位的冗余度，可以降低乃至消除共因和级联失效对系统可靠性的影响。
　　 同时，在以上数理模型分析结果的基础上，考虑数据库系统中存在的失效模式、运用Petri网等数学工具，分析了数据库系统软硬件部分的相互关系，描述数据库系统状态转移规律。据此建立数据库系统的可靠性模型，求解出数据库系统的相关可靠性指标，最后提出了具有自修复能力的马尔可夫型数据库系统的可靠型模型，相应的求出了此类系统的状态转移规律和可靠度函数。