Drukuj Eksport do pliku (MS Word)
Nazwa przedmiotu:
Diagnostyka i niezawodność systemów komputerowych
Koordynator przedmiotu:
Janusz Sosnowski
Status przedmiotu:
Fakultatywny dowolnego wyboru
Poziom kształcenia:
Studia II stopnia
Program:
Informatyka
Grupa przedmiotów:
Przedmioty techniczne - zaawansowane
Kod przedmiotu:
DSK
Semestr nominalny:
3 / rok ak. 2018/2019
Liczba punktów ECTS:
4
Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
Udział w wykładach 15 x 2 godz. = 30 godz. Przygotowanie się do kolejnych wykładów: 15 godz. Udział w konsultacjach związanych z realizacją projektu 15 godz Przegląd wskazanej literatury 10 godz. Realizacja projektu 45 godz. przygotowanie do kolokwiów 10 godz. Łączny nakład pracy studenta 130 godz.
Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
Wykłady 30 godz. Projekt 15 godz co odpowiada ok., 2 ECTS
Język prowadzenia zajęć:
polski
Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
Udział w konsultacjach związanych z realizacją projektu 15 godz Realizacja projektu 45 godz. razem 60 godz co odpowiada ok. 2 ECTS
Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
  • Wykład30h
  • Ćwiczenia0h
  • Laboratorium0h
  • Projekt15h
  • Lekcje komputerowe0h
Wymagania wstępne:
Ogólna wiedza z akresu architektury komputerów, układów cyfrowych oraz programowania
Limit liczby studentów:
24
Cel przedmiotu:
Wykład poświęcony jest szeroko rozumianej tematyce wiarygodności systemów komputerowych. Obejmuje ona zagadnienia testowania, diagnostyki, technik tolerowania i maskowania błędów, analizy niezawodności, bezpieczeństwa itp. Słuchacze zostaną zapoznani z istotą problemów dotyczących wyżej wymienionych aspektów systemów komputerowych. Będą one omawiane na poziomie sprzętu, oprogramowania oraz systemowym. Wykład jest ilustrowany przykładami rozwiązań stosowanych w praktyce. Zdobyta wiedza będzie przydatna nie tylko dla analizy wiarygodności systemów informatycznych ale w również w projektowaniu takich systemów. W ramach projektu studenci wykorzystują wybrane metody do rozwiązywania konkretnych problemów.
Treści kształcenia:
Treść wykładu: 1) Podstawowe koncepcje i definicje. Klasyfikacja i statystyki błędów w sprzęcie i oprogramowaniu. Cechy wiarygodności systemów komputerowych: diagnozowalność, bezpieczeństwo, dostępność, wydajność, odpowiedzialność i niezawodność. Problemy wiarygodności w kontekście typowych zastosowań (systemy przemysłowe, bankowe, telekomunikacyjne, administracyjne, medyczne i inne). 2) Testowanie systemów komputerowych (sprzęt). Modele błędów (funkcjonalne, strukturalne, fizyczne, statyczne, dynamiczne). Testowanie sprzętowe i programowe. Generacja pobudzeń, analiza wyników (analizator sygnatur, kompakcja). Algorytmy testowania podstawowych bloków funkcjonalnych komputerów (pamięci RAM, procesory, bloki arytmetyczne, itp.), metody deterministyczne i pseudoprzypadkowe. Układy łatwotestowalne (DFT, ścieżka testująca, ścieżka cykliczna i krawędziowa, IEEE 1149, P1500, itp.) oraz samotestujące się (techniki BIST). Przegląd mechanizmów ułatwiających testowanie w komercyjnych układach VLSI, SoC i komercyjnych komputerach. Problem efektywność testowania. Programy diagnostyczne oraz integracja technik DFT, HBIST, SBIST. 3) Testowanie programów. Strategie testowania oprogramowania (testowanie funkcjonalne, strukturalne i pseudoprzypadkowe, koncepcje BIT, TDD). Modele niezawodnościowe bazujące na monitorowaniu procesu testowania: modele skoñczone (JM, GO, Schneidewinda, S-shape G-O itp.) i nieskończone. Miary dokładności modeli. Pośrednia analiza niezawodności (miary złożoności programów, miary pokrycia strukturalnego: c-użycie, p-użycie, pokrycie bloków, decyzji, itp.). Przykłady wyników oraz analiz dla wybranych rzeczywistych projektów. Metody porównawcze (Mills, Cai) oraz techniki wstrzykiwania błędów (mutacja programów). 4) Architektura i oprogramowanie systemów odpornych na błędy Techniki oparte na redundancji układowej (aktywna, bierna, hybrydowa), informacji, algorytmicznej, czasowej i programowej. Redundancja masowa i częściowa. Problem tolerowani katastrof (DR). Systemy samosprawdzalne oraz samonaprawialne oraz rekonfigurowalne (fail-stop, fail-silent, fail-bounded). Programowanie wielowersyjne i alternatywne. Techniki oparte na głosowaniu (problem Bizantyjski, głosowanie akceptacyjne, optymalne itp.). Programy z wbudowanymi mechanizmami detekcji błędów (asercje). Programowa obsługa błędów (odtwarzanie wsteczne i omijanie błędów - backward, forward error recovery). Punkty kontrolne (checkpoints) i ich rozkład w programach, problemy w systemach rozproszonych (efekt domina). Techniki kopiowania i odtwarzania informacji (pełne, inkrementalne, różnicowe, kopiowanie migawkowe, rozdzielone, dwufazowe). Zintegrowane tolerowanie błędów sprzętu i oprogramowania (np. RB/1/1, NSCP/2/2, NVP1/1). Tolerowanie błędów w systemach komercyjnych: serwery typu RAS oraz RAIS, systemy klastrowe, rozproszone i zwirtualizowane, niezawodne centra danych (tablice RAID, pamięci wirtualne), systemy wbudowane (dla przemysłu samochodowego, telekomunikacji, medycyny itp.). 5) Diagnostyka systemowa i obsługa błędów. Monitorowanie bieżącej pracy systemu (programowe i sprzętowe, technika SMART) oraz predykcja awarii. Procedury prewencyjne (error scrubbing, software rejuvenation). Diagnostyka i serwis zdalny. 6) Projektowanie systemów bezpiecznych Analiza sytuacji i zdarzeń krytycznych (drzewa błędów). Mechanizmy sprzętowe zapewniające bezpieczne zachowanie się systemu. 7) Podsumowanie. Metody analizy wiarygodności. Kierunki rozwoju dziedziny wiarygodności (aspekty techniczne, prawne itp.) Zakres projektu: Projekt obejmuje zadania dotyczące wybranych zagadnień z zakresu wykładu w celu pogłębienia zdobytej wiedzy i jej praktycznego zastosowania. Ponadto udostępniane będą specjalizowane narzędzia wspomagające analizę wiarygodności systemów itp. Akceptowane są również własne propozycje studentów np. skorelowanie projektu z innymi projektami realizowanymi przez studenta w ramach pracowni problemowej lub dyplomowej itp.
Metody oceny:
Zaliczenie odbywa się na podstawie 2 kolokwiów oraz zaliczenia projektu. Za oba kolokwia można uzyskać łącznie maksymalnie K = 80 pkt. a za projekt P = 40 pkt. Warunkiem zaliczenia jest uzyskanie K>40 oaz P>20.
Egzamin:
nie
Literatura:
1. J. Sosnowski, Testowanie i niezawodność systemów komputerowych, Akademicka Oficyna Wydawnicza, EXIT 2005 2.. Materiały dodatkowe oraz kopie wybranych slajdów opracowane lub wskazane przez wykładowcę 3. Literatura uzupełniająca - np. wskazane artykuły dostępne w ramach E-bazy biblioteki Głównej (w tym książka J. Knight, Fundamentals of Dependable Computing for Software Engineers, CRC Press 2012) .
Witryna www przedmiotu:
https://usosweb.usos.pw.edu.pl/kontroler.php?_action=katalog2/przedmioty/pokazPrzedmiot&prz_kod=103A-INxxx-MSP-DSK
Uwagi:
Podczas wykładu prezentowane są również idee rozwiązań firmowych (np. HP, IBM, NetApp) dotyczące systemów wysokiej dostępności (high availability) i odporności na awarie lub katastrofy - wykładowca systematycznie uczestniczy w seminariach i warsztatach takich firm i ma z nimi dobre kontakty.

Efekty uczenia się

Profil ogólnoakademicki - wiedza

Charakterystyka DSK_W01
Zdobyta wiedza pozwala analizę i identyfikację zagrożeń naruszenia okreslonych atrybutów wiarygodności w systemach komputerowych (systemy wbudowane, stacje robocze, serwery)
Weryfikacja: kolokwium
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W12
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P7S_WK, III.P7S_WK.o
Charakterystyka DSK_W02
Zdobyta wiedza pozwala na wybór lub opracowanie własnych rozwiązań z różnymi formami redundancji układwej, programowej i czasowej oraz ocenę ich efektywności
Weryfikacja: kolokwium, projekt
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W08
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P7S_WG, III.P7S_WG.o

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Charakterystyka DSK_U01
Student potrafi opracować algorytmy testowania dla podstawowych zespołów systemów komputerowych przy zalożeniu różnych klas błędów. Ponadto potrafi dokonać analizy efektywności procedur testowania.
Weryfikacja: kolokwium, projekt
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U13
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P7S_UW, III.P7S_UW.3.o
Charakterystyka DSK_U02
Student potrafi przeanalizować efekty propagacji błędów, dobrać lub wprowadzić metody ich monitorowania, potrafi zastosować techniki maskowania, tolerowania oraz obsługi błędów
Weryfikacja: projekt
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U11
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P7S_UW, III.P7S_UW.3.o
Charakterystyka DSK_U03
Student potrafi zastosować procedury projektowania lub wdrażania systemów spełniajacych wybrane wymagania wiarygodności (w zakresie sprzętu i oprogramowania)
Weryfikacja: projekt
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U03, K_U10
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P7S_UK, I.P7S_UW, III.P7S_UW.3.o