8、随机模型检查与安全关键系统设计：从理论到实践

随机模型检查与安全关键系统设计：从理论到实践

在当今复杂的技术环境中，无论是软件系统的性能优化，还是安全关键系统的设计，都需要先进的方法和工具来确保其可靠性和安全性。本文将深入探讨随机模型检查在系统性能分析中的应用，以及如何利用事故调查技术来改进安全关键交互式系统的设计。

随机模型检查在系统性能分析中的应用

在用户从中央数据库获取文件的场景中，存在两种不同的方法：重试方法和基于先进先出（FIFO）等待列表的预订系统方法。为了对这两种方法进行定量分析，研究人员使用随机过程代数 PEPA 对用户与系统之间的交互进行建模，并通过随机模型检查器 PRISM 对相关指标进行分析。

重试方法与等待列表方法的比较
- 从理论上来说，在相同的参数值（λ 和 μ）下，重试方法的结果会渐近趋近于等待列表方法。但在实际情况中，假设用户每小时进行 10⁹ 次重试是极不现实的。
- 研究结果表明，从用户的角度来看，等待列表方法更为便捷。在“长期”情况下，用户在执行签出操作后等待文件的时间，等待列表方法总是少于重试方法。而且，随着竞争同一文件的用户数量增加，重试方法的情况会迅速恶化。

随机模型检查的优势
- 随机模型检查允许对系统进行方便的模块化和组合式规范，并自动生成用于性能分析的连续时间马尔可夫链（CTMC）。
- 模型的组合式规范与感兴趣的指标的逻辑表征相结合，为基于形式化模型的可用性分析提供了一种有前景的技术，这种分析既涉及定量方面，也涉及定性方面。

以下是两种方法的比较表格：
| 方法 | 用户等待时间 | 随着用户数量增加的情况 |