56、高效故障安全多容错系统的设计

高效故障安全多容错系统的设计

在当今复杂的软件系统中，确保系统在面对各种故障时仍能安全运行是至关重要的。本文将深入探讨如何为故障不耐受程序添加故障安全容错能力，以及如何实现完美的故障安全多容错。

1. 添加故障安全容错

在为故障不耐受程序添加故障安全容错能力时，我们首先需要了解探测器在确保故障安全容错方面的作用。

1.1 探测器在故障安全容错中的作用

探测器是一种程序组件，用于检测给定状态下某个谓词是否为真。对于程序 P 中的每个动作 ac，存在一个谓词，使得在该谓词为真的状态下执行 ac 能满足安全规范 SS。动作 ac 可以转换为 (d∧g →st)，其中 d 是实现该谓词的探测器。我们称动作 ac 与探测器 d 组合，或者说探测器 d 监控动作 ac。

如果由动作 ac 引起的状态转换 (s, s′) 违反了安全规范 SS，则该转换为不良转换。任何违反 SS 的计算都包含不良转换。通过考虑所有状态转换 (s, s′)，可以在多项式时间内计算出不良转换集合。

虽然已有研究表明故障安全容错程序包含探测器，但未说明如何设计所需的探测器。Jhumka 等人提出了一种理论，为设计有效（完整且准确）的探测器奠定了基础。

1.2 添加故障安全容错的转换问题

添加故障安全容错的问题可以形式化为：给定安全规范 SS、故障模型 F 和对 SS 不耐受 F 的程序 P，找到一个程序 P′，满足以下条件：
1. P′ 在存在 F 的情况下满足 SS。
2. 在不存在 F 的情况下，P′ 的每个计算都是 P 的计算。
3. 在不存在 F 的情况下，P 的每个计算都