[发明专利]基于Z语言的存储系统抗软错误可靠性建模与评估方法

说明书

本发明公开了一种基于Z语言的存储系统抗软错误可靠性建模与评估方法，包括：根据存储系统结构划分存储系统功能模块，并根据Z语言规范对存储系统进行分级建模，得到可靠性模型，包括整体和功能模块可靠性模型；采用隐马尔可夫模型描述模型；通过连续时间马尔可夫链计算功能模块失效率，对存储系统功能模块进行可靠性评估；将存储系统功能模块失效与否的状态序列作为观测变量，将存储系统整体状态作为隐马尔可夫模型的状态变量，建立隐马尔可夫模型，计算存储系统整体的失效率，对存储系统进行可靠性评估。本发明将存储系统分级建模，具有模型结构清晰，支持严谨地存储系统及各个功能模块可靠性分析，便于形式化验证等优点，具有很好的可扩展性。

技术领域

本发明属于可信计算、形式化建模与验证领域，特别是一种基于Z语言的存储系统抗软错误可靠性建模与评估方法。

背景技术

存储系统是计算机中重要的组成部分之一，它是外存与CPU进行沟通的桥梁。计算机中所有程序的运行都是在存储系统中进行的，因此存储系统的性能对计算机的影响非常大。其作用是用于暂时存放CPU中的运算数据，以及与硬盘等外部存储器交换的数据。只要计算机在运行中，操作系统就会把需要运算的数据从存储系统调到CPU中进行运算，当运算完成后CPU再将结果传送出来，存储系统的稳定运行也决定了计算机的稳定运行。由于物理结构原因，存储系统只能将数据保持很短的时间。为了保持数据，存储系统使用电容存储，所以必须隔一段时间刷新一次，如果存储单元没有被刷新，存储的信息就会丢失，关机就会丢失数据。

存储系统可以分解为存储模块、数据寄存器、地址寄存器和内存控制器四个功能模块：1、存储模块是内存中负责存储数据的模块，当存储模块发生翻转导致软错误的时候，数据发生变化，引发内存故障；2、数据寄存器(Memory Data Register)，是计算机控制单元中的寄存器，寄存了将要写入到计算机主存储器(DRAM)的数据，或由计算机主存储器读取后的数据。它就像缓冲器，持有从内存复制的数据，以准备给处理器使用，当数据寄存器发生翻转导致软错误时，其中所转存的数据改变，造成存储系统故障； 3、地址寄存器(MemoryAddress Register)，地址寄存器用来保存当前CPU所访问的内存单元的地址。由于在内存和CPU之间存在着操作速度上的差别，所以必须使用地址寄存器来保持地址信息，直到内存的读/写操作完成为止，当地址寄存器发生翻转导致软错误时，访问的内存地址发生改变，引发数据错读，造成存储系统故障；4、内存控制器(Memory Controller)，内存控制器控制内存并使内存与CPU之间进行数据交换。内存控制器决定了计算机系统所能使用的最大内存容量、内存Bank数、内存类型和速度、内存颗粒数据深度和数据宽度等等重要参数，决定了计算机系统的内存性能，当内存控制器发生软错误时，会引发存储系统故障。

为了对存储系统功能模块进行更为细致的分析，将其继续分解，以存储模块为例，存储模块分解为以下三部分，1.存储体，由若干个存储单元(Cell)组成，当存储数据库中的存储单元发生翻转时，所存数据发生改变，造成存储模块故障；2.地址译码器，分为行译码器和列译码器，行译码器负责输出行地址选择信号，列译码器负责输出列地址选择信号；当地址译码器输出信号错误时，将访问错误的内存地址。3.行缓冲区，行缓冲区负责将读出的行内容暂存，等待列位址送到后输出正确的位元，以及判断存储的内容是0还是1。当行缓冲区里的存储单元发生翻转时，也将造成存储模块故障。

在存储系统硬件建模方面，目前主要的建模方法是从元器件、子系统、总系统三个层面来描述硬件的可靠性信息。在可靠性分析中主要是基于可靠性任务框图来分析，在存储系统硬件设计时，根据存储系统硬件的任务为其设计可靠性任务框图，框图中所涉及的子模块及其整个任务路径的可靠性代表该功能的可靠性，而所有功能的可靠性又代表整个系统的可靠性。这类方法能够评估内存硬件特定功能执行路径的可靠性，路径中所涉及的可靠性在其中所起到的作用被视为是等价的，所以无法准确的评估可靠性。

随着存储系统的日益复杂，传统方法现已难以描述其动态特征和其可靠性与时间的相关性。