[架构之路-230]：计算机硬件与体系结构 - 可靠性、可用性、稳定性；MTTF、MTTR、MTBF

目录

一、软件质量属性

二、可靠性、可用性、稳定性区别

2.1 比较

2.2 公式比较

2.3 "正常工作时间"和"正常运行时间"

2.4 比较案例

2.5 可用性好但可靠性较差的示例

三、MTTF、MTTR、MTBF

3.1 图示

3.2 定义

（1）MTTF（Mean Time to Failure:稳定工作到出现故障的时间,即平均无故障时间）

（2）MTTR（Mean Time to Repair，平均修复时间）

（3）MTBF（Mean Time Between Failures，平均故障间隔时间）

（4）MTBF包含MTTR吗？

3.3 可用性和可靠性案例分析

四、它山之石

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一、软件质量属性

软件质量属性是指衡量软件系统的特定特性或特征的因素。以下是一些常见的软件质量属性：

1. 可靠性：软件的可靠性是指软件系统在给定时间内能够正常运行而不出现错误或故障的能力。

2. 可用性：软件的可用性是指软件系统在给定时间内对用户的可用性程度。一个可用性高的软件系统意味着它易于学习和使用，并且能够可靠地满足用户的需求。

3. 安全性：软件的安全性是指软件系统对未经授权的访问和恶意攻击的保护能力。安全性包括数据保护、身份验证、访问控制等方面的功能。

4. 可扩展性：软件的可扩展性是指软件系统在面对不同规模的需求和负荷时能够有效地扩展和适应的能力。可扩展性的好坏影响着软件系统的性能和资源利用率。

5. 可维护性：软件的可维护性是指软件系统在发布后容易进行维护和修复的能力。可维护性包括代码的可读性、清晰的文档、可测试性和模块化等方面的特点。

6. 可测试性：软件的可测试性是指软件系统的各个组件和功能是否容易进行测试和验证。可测试性高的软件系统有助于提高软件质量和减少故障率。

7. 适应性：软件的适应性是指软件系统在应对不断变化的环境和需求时能够灵活适应的能力。适应性好的软件系统能够快速响应并适应新的功能、技术和业务变化。

考虑到软件开发的复杂性，对这些质量属性进行全面评估和平衡是关键，以确保软件系统具有高质量和可靠的性能。

二、可靠性、可用性、稳定性区别

2.1 比较

可靠性、可用性和稳定性是与软件系统的性能和服务相关的重要质量属性，它们有一些相似之处，但也有一些区别。

1. 可靠性（看故障的次数）：可靠性是指软件系统在一定时间范围内能够正常运行而不发生故障或中断的能力。一个可靠性高的软件系统具有较低的故障率和较长的无故障时间。可靠性主要关注系统是否会出现错误或故障。

2. 可用性（看可用时长或比例）：可用性是指软件系统可供用户使用的时间比例。一个可用性高的软件系统意味着它在大部分时间内都能够正常运行并对用户可用。可用性主要关注系统对用户的可达性和可操作性。

3. 稳定性（看变化范围）：稳定性是指软件系统在运行过程中能够保持平稳、可预测的状态，而不会出现大幅度的波动或不稳定现象。稳定性主要关注系统的性能稳定性和资源消耗的可控性。

区别：

• 可靠性侧重于系统是否会出现错误和故障，而可用性侧重于系统是否对用户可达和可操作。
• 可靠性评估通常基于故障率、平均无故障时间（MTTF）和平均修复时间（MTTR）等指标，而可用性评估通常基于系统的可靠性、维护时间、故障恢复时间和用户需求等因素。
• 稳定性更注重系统的运行状态是否平稳可靠，而不会出现不可预测的波动或不稳定现象。

综上所述，可靠性、可用性和稳定性是软件系统评估中重要的质量属性，它们共同影响着系统的性能和用户体验。在软件开发和测试中，需要综合考虑这些属性，以确保软件系统具有高质量和可靠的性能。

2.2 公式比较

可用性和可靠性是两个不同但相关的概念，它们通常通过不同的公式和指标进行计算和评估。

下面是它们的比较：

1. 定义：

   • 可用性：可用性是指系统或产品在需要时可供使用的能力，通常以百分比来表示。
   • 可靠性：可靠性是指系统或产品持续工作而不会出现故障的能力，通常以概率或事件发生率的形式来表示。

2. 关注点：

   • 可用性：可用性关注系统或产品在需要时能够正常工作的程度，强调的是实时性和连续性。
   • 可靠性：可靠性关注系统或产品的长期稳定性和避免故障的能力，强调的是质量和故障概率。

3. 公式和指标：

   • 可用性：可用性的计算通常使用以下公式：可用性 = (正常运行时间 / (正常运行时间 + 停机时间)) * 100%。其中正常运行时间和停机时间是核心指标。
   • 可靠性：可靠性的计算通常使用以下公式：可靠性 = (正常工作时间 / (正常工作时间 + 故障时间)) * 100%。其中正常工作时间和故障时间是核心指标。

4. 应用领域：

   • 可用性：可用性的概念经常用于评估系统、产品或服务的可靠性和可供性，尤其在信息技术、通信和服务行业中。
   • 可靠性：可靠性的概念广泛应用于工程、制造、运输、电子设备等各个领域，以确保系统、产品或设备的稳定性和性能。

总的来说，可用性和可靠性是两个重要的指标，用于评估系统或产品的性能和质量。可用性关注系统在需要时可供使用的能力，而可靠性关注系统持续工作而不出现故障的能力。在设计、运营和维护系统或产品时，同时关注可靠性和可用性可以提高用户满意度、生产效率和成本效益。

2.3 "正常工作时间"和"正常运行时间"

"正常工作时间"和"正常运行时间"是两个不同的概念，其区别如下：

1. 正常运行时间：可靠性
   正常运行时间是指系统或产品在某个特定时间段内处于正常工作状态的总时间。它包括了真正的运行时间以及可能存在的小故障或非关键性问题造成的短暂中断的时间。正常运行时间是可用性计算中的关键指标之一，用于评估系统的可用性和持续供应能力。

2. 正常工作时间：可用性
   正常工作时间指的是系统或产品在某一特定时间段内能够按照预期的功能和性能要求正常运行的时间。它代表着系统在没有发生故障或其他异常情况下能够持续提供预期功能和服务的时间段。正常工作时间是可靠性计算中一个重要的指标，用于评估系统的稳定性和持续工作能力。

简而言之，

正常工作时间强调的是系统按照预期功能和性能要求稳定运行的时间，而

正常运行时间则涵盖了包括小故障和短暂中断在内的系统的整体运行时间。

这两个概念在可靠性和可用性的评估中都起着重要的作用，但关注的角度和侧重点略有区别。

2.4 比较案例

我注意到你在前一条消息中提到了"可靠性与可靠性"的比较，我想确认一下，这是否是一个错误。如果你是想比较可靠性和可用性，我可以提供一个示例来说明它们的不同。

假设我们有两个相似的电子产品 A 和 B。我们想评估它们的可靠性和可用性。

• 可靠性比较：按照故障的次数来比较，哪怕故障的时间比较短。
  我们通过评估故障概率来比较产品 A 和 B 的可靠性。假设产品 A 在过去的一年中经历了 2 次故障，而产品 B 只经历了 1 次故障。在这种情况下，我们可以说产品 B 相对于产品 A 具有更高的可靠性，因为发生故障的概率较低。

• 可用性比较：按照正常工作的天数来统计比较
  我们通过评估产品 A 和 B 的可用时间来比较它们的可用性。假设产品 A 在过去的一年中正常工作了 350 天，而产品 B 正常工作了 320 天。在这种情况下，我们可以说产品 A 相对于产品 B 具有更高的可用性，因为它提供的服务时间更长。

需要注意的是，这只是一个示例，实际的可靠性和可用性的比较可能涉及更复杂的因素和指标。不同的行业和应用领域可能对可靠性和可用性的要求有所不同，因此在实际比较时需要考虑具体的情况和指标。

2.5 可用性好但可靠性较差的示例

一个可用性好但可靠性较差的示例是移动网络服务提供商的网络服务。

假设有两家移动网络服务提供商，提供的网络服务如下：

提供商 A：

• 可用时间：99.5%  =》可用性差，，可用性时间短
• 故障次数：较少的故障，但在发生故障时需要较长时间修复。=》可靠性好

提供商 B：

• 可用时间：99.9% =》可用性好，可用性时间长
• 故障次数：频繁的故障，但修复速度较快。=》可靠性性差

在这个示例中，提供商 A 的可用性较低，意味着他们的网络服务在时间较短。当发生故障时，由于修复时间较长，用户将无法使用网络服务。这意味着虽然提供商 A 的服务在可用性方面表现差。但由于发生故障的次数少，因此可靠性高。

相比之下，提供商 B 的可用性高，意味着他们的网络服务可能会有较短的中断时间。虽然他们的网络服务可能会更频繁地发生故障，但是由于他们能够较快地修复问题，用户在很短的时间内就可以重新使用网络服务。因此，虽然提供商 B 的可靠性较差，但他们的服务仍然具有相对较高的可用性，可用性高。

这个示例说明了可用性和可靠性之间的不同。可用性关注的是系统或服务在需要时能够提供功能的能力，而可靠性关注的是系统或服务连续工作而不出现故障的能力。在一些情况下，虽然可用性很高，用户很少遇到服务中断，但由于故障修复速度较慢，系统的可靠性较差。

三、MTTF、MTTR、MTBF

3.1 图示

3.2 定义

MTTR（Mean Time to Repair，平均修复时间）、MTBF（Mean Time Between Failures，平均故障间隔时间）和 MTTF（Mean Time to Failure，平均故障时间）是可靠性评估中常用的指标，用于衡量系统或产品的可靠性和维修性能。

（1）MTTF（Mean Time to Failure:稳定工作到出现故障的时间,即平均无故障时间，平均-失效等待时间）

MTTF（Mean Time to Failure，平均无故障时间）是一个衡量系统或产品可靠性的指标。它指的是系统或产品在正常运行期间，平均无故障工作的时间。

MTTF是在没有发生故障的情况下，系统或产品能够持续工作的平均时间。它表示了系统或产品的可靠性水平，值越高表示平均故障时间越长，系统或产品越可靠。

MTTF通常通过以下方式计算：

1. 收集系统或产品的工作时间数据，包括多个实例或样本。
2. 累计所有实例的工作时间，将其总和除以实例数，得到平均值，即MTTF。

MTTF的数据可以用于估计系统或产品在一定时间内的可靠性水平。例如，如果一个系统的MTTF为1000小时，那么可以预期在平均每1000小时的运行时间内，该系统将发生一次故障。

需要注意的是，MTTF并不包括修复时间，它只考虑了系统不发生故障的时间。在进行可靠性评估和决策时，还需要综合考虑其他指标如MTTR（Mean Time to Repair，平均修复时间）和MTBF（Mean Time Between Failures，平均故障间隔时间）等。

（2）MTTR（Mean Time to Repair，平均修复时间）

MTTR（Mean Time to Repair，平均修复时间）是一个用于衡量系统或产品在出现故障后修复该故障所需的平均时间的指标。

MTTR包括以下的工作和时间：

1. 发现故障：定位和确认故障的存在并识别其原因。
2. 诊断问题：通过进一步的分析和测试来确定故障的根本原因。
3. 修复问题：采取相应的措施来修复故障，可能涉及更换零部件、修复代码或进行其他维护活动。
4. 恢复系统：将系统恢复到正常运行状态，并确保它能够再次正常工作。

MTTR的计算通常包括：

1. 收集故障发生后的修复时间数据，包括多个实例或样本。
2. 累计所有实例的修复时间，将其总和除以实例数，得到平均值，即MTTR。

MTTR的较低值表示系统故障修复速度更快，因此系统能够更快地恢复到正常运行状态。较短的MTTR有助于减少停机时间和生产中断，提高系统的可用性和生产效率。

提高MTTR可以采取以下措施：

• 建立故障处理流程和标准化的修复步骤，以提升团队对故障的处理效率。
• 配备熟练的技术人员和提供适当的培训，以加快故障诊断和修复的速度。
• 优化故障排查和修复的工具和设备，以提高效率。
• 实施预防性维护措施，以减少故障发生的频率和严重程度。

通过降低MTTR，可以提高系统的可靠性和可用性，减少生产中断和成本损失。

（3）MTBF（Mean Time Between Failures，平均故障间隔时间）

MTBF（Mean Time Between Failures，平均故障间隔时间）是一个用于衡量系统或产品在正常运行期间，从一个故障到下一个故障之间的平均时间间隔的指标，包括中间正常运行和故障修复的时间。

MTBF表示系统或产品在连续性运行过程中的可靠性水平，值越高表示平均故障时间越长，系统或产品越可靠。

计算MTBF的常见方法是：

1. 收集系统或产品的工作时间数据，包括多个实例或样本。
2. 在这些实例或样本中，记录下每次故障发生的时间和日期。
3. 将整个观察时间段的故障间隔时间相加，并除以故障事件的总数，即可得到平均故障间隔时间。

需要注意的是，MTBF是在未修复故障的条件下测量的，它只考虑系统或产品故障的时间间隔。而故障修复所需的时间细节则不包括在MTBF的计算中。

MTBF的值可以用作评估系统或产品能够持续工作而不发生故障的时间。它在预测设备的可靠性、规划维护计划和确定备件需求等方面起到重要作用。

虽然MTBF是一个有用的指标，但需要注意，它并不是系统或产品的完整可靠性评估指标，其他指标如MTTR（平均修复时间）和MTTF（平均故障时间）等也需要综合考虑，以全面评估系统或产品的可靠性水平。

（4）MTBF包含MTTR吗？

MTBF（Mean Time Between Failures，平均故障间隔时间）包含了MTTR（Mean Time To Repair，平均修复时间）的概念。

MTBF是指一个系统或产品在正常运行期间，从一个故障到下一个故障之间的平均时间间隔。它表示系统或产品在连续性运行过程中的可靠性水平。

MTTR是指系统或产品在发生故障后，修复故障并使系统恢复正常运行所需的平均时间。MTTR反映了系统维修性能的指标，用于衡量故障修复效率。

MTBF和MTTR一起被用来评估系统或产品的整体可靠性。具体来说，MTBF表示系统在故障发生前的平均运行时间，而MTTR表示系统修复所需的平均时间。通过结合这两个指标，我们可以更全面地评估系统或产品的可靠性和维修性能。

需要注意的是，MTBF和MTTR是相互关联的，但不是相加的关系。MTBF和MTTR通常在可靠性工程和维护计划中一起使用，以支持系统设计、故障预防和维修策略的决策

3.3 可用性和可靠性案例分析

网络A：每个月遇到一次故障，一年发生12故障，每次故障修复时间10分钟，12个月的故障修复时间为120分钟。

网络B： 每一年发生一次故障，故障的修复时间240分钟。

	网络A	网络B
MTTF 平均无故障时间	30天 - 10分钟 差	12个月 - 240分钟 好
MTTR 平均故障修复时间	10分钟 好	240分钟 差
MTBF 平均故障时间间隔	30天 好	12个月 好
可靠性	MTBF = 30天 差	MTBF=12个月 好
可用性	（12个月 - 120分钟）/12个月 好	（12个月 - 240分钟）/12个月 差

四、它山之石

MTTR、MTBF、MTTF、可用性、可靠性傻傻分不清楚？ - 知乎 (zhihu.com)