[科普中国]-系统故障

简介

故障是计算机程序的语法错误或逻辑错误。2系统故障是指系统在运行过程中，由于某种原因，以致事务在执行过程中以非正常的方式终止。按故障的部件可将故障分为硬件故障和软件故障。硬件故障是指故障因硬件系统失效。软件故障是指程序运行一些非法指令，如特权指令。

事务事务的定义事务是用于访问和修改各种数据项的一个程序单位。事务也可以被看做是一系列相关读和写操作。被访问的数据可以分散地存放在同一文件的不同记录中，也可放在多个文件中。只有对分布在不同位置的同一数据所进行的读和写(含修改)操作全部完成时，才能再以托付操作(Commit Operation)来终止事务。只要有一个读、写或修改操作失败，便须执行夭折操作(Abort Operation)。读或写操作的失败可能是由于逻辑错误，也可能是系统故障所导致的。

一个夭折的事务，通常已执行了一些操作，因而可能已对某些数据做了修改。为使夭折的事务不会引起数据的不一致性，须将该事务内刚被修改的数据项恢复成原来的情况，使系统中各数据项与该事务未执行时的数据项内容完全相同。此时，可以说该事务“已被退回”(rolled back)。不难看出，一个事务在对一批数据执行修改操作时，要么全部完成，并用修改后的数据去代替原来的数据，要么一个也不修改。

事务记录(Transaction Record)为了实现上述的原子修改，通常须借助于称为事务记录的数据结构来实现。这些数据结构被放在稳定存储器中，用来记录在事务运行时数据项修改的全部信息，故又称为运行记录(Log)。该记录中包括有下列字段:

· 事务名：用于标识该事务的惟一名字；

· 数据项名：指被修改数据项的惟一名字；

· 旧值：修改前数据项的值；

· 新值：修改后数据项将具有的值。

在事务记录表中的每一记录，描述了在事务运行中的重要事务操作，如修改操作、开始事务、托付事务或夭折事务等。在一个事务 T i 开始执行时， 〈T i 开始〉记录被写入事务记录表中；在 T i 执行期间，在 T i 的任何写(修改)操作之前，便写一适当的新记录到事务记录表中；当 T i 进行托付时，把一个〈T i 托付〉记录写入事务记录表中。3

分类按故障的持续时间分类按故障的持续时问可将故障分为永久故障、瞬时故障和间歇故障。永久故障由元器件的不可逆变化所引发，其永久地改变元器件的原有逻辑．直到采取措施消除故障为止；瞬时故障的持续时间不超过一个指定的值．并f1只引起元器件当前参数值的变化，而不会导致不可逆的变化；间歇故障是可重复出现的故障，主要由元件参数的变化、不正确的设计和工艺方面的原因所引发。

按故障的发生和发展进程分类按故障的发生和发展过程可将故障分为突发性故障和渐发性故障。突发性故障出现前无明显的征兆，很难通过早期试验或测试来预测；渐发性故障是由于元器件老化等其他原因，导致设备性能逐渐下降并最终超出正确值而引发的故障．因此具有一定的规律性，可进行状态监测和故障预防。

按故障的部件分类按故障的部件可将故障分为硬件故障和软件故障。硬件故障是指故障因硬件系统失效

按故障的严重程度分类按故障的严重程度可将故障分为破坏性故障和非破坏性故障。破坏性故障既是突发性的又是永久性的．故障发生后往往危及设备和人身的安全：而非破坏性的故障一般是渐发性的又是局部的，故障发生后暂时不会危及设备和人身的安全。

除此之外．还可以按照故障的因果关系分成物理性故障和逻辑性故障，按故障的表征分为静态故障和动态故障．按故障变量的值分为确定值故障和非确定值故障等。4

闭环系统故障随着科学技术的发展 , 现代工业系统的规模和复杂程度都在日益提高 . 这类复杂大系统一旦发生故障 , 就可能带来重大的财产损失和人员伤亡 . 因此 , 如何提高系统在运行中的安全性与可靠性 , 减少生产生活中的安全隐患 , 成为现代工业系统中的重大问题。故障诊断技术是提高系统运行可靠性、降低系统运行风险的重要方法。 故障诊断技术对系统运行状况进行监测 ，判断是否有故障发生 ，同时确定故障发生的时间、位置、大小和种类等情况 , 即完成故障检测、分离和估计。在过去的数十年时间里 ， 故障诊断技术得到了广泛研究 。大量研究成果得到发表。

目前有部分学者认为，与开环系统相比，闭环系统中的故障诊断性能下降主要由于如下两个原因 : 1) 反馈系统的引入通常会使得系统对于外部扰动更鲁棒 , 因此当故障处于早期阶段或幅值较小时，所带来的影响可能会被控制量所掩盖 . 发生故障时残差信号可能仍在较小范围内变动，使得故障难以被检测到，导致了更高的漏报率。 2) 反馈控制可能使得故障在系统内传播，导致多处信号发生异常。以传感器故障为例，在开环系统中，某传感器发生的故障不会对系统中其他传感器造成影响，其他传感器的测量信号仍然处于正常范围之内 . 而在闭环系统中，由于引入了反馈信号，某个异常的测量值被反馈控制器采用之后 , 可能导致控制信号偏离正常值 , 进而通过反馈使得系统整体脱离正常工作范围 , 此时其他传感器测量得到的也同样是异常信号 . 这种故障传递现象也增加了故障分离的难度。