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常考可靠性

系统可靠性

案例分析常出计算题:MTBF、MTTR、可用度;以及冗余/容错设计

常考 分值 8~15

一、4 个核心概念 ⭐⭐⭐

可靠性在规定条件和时间内 不发生故障 的能力(关注没坏) 可用性系统 持续提供服务 的能力(关注能用) 可维护性发现故障并修复的难易程度 可生存性在攻击/故障下 关键功能仍可提供 的能力

二、关键指标 ⭐⭐⭐

MTBFMean Time Between Failures · 平均无故障时间 · 越大越好 MTTRMean Time To Repair · 平均修复时间 · 越小越好 MTTFMean Time To Failure · 平均故障前时间(不可修复设备)

可用度公式(必背)

📐 公式

A = MTBF / (MTBF + MTTR)

A 越接近 1 越好。如 MTBF=999h,MTTR=1h → A = 999/1000 = 99.9%

三、可靠性计算(必会) ⭐⭐⭐

串联系统

[R1]──[R2]──[R3]   全部正常才正常

R 串联 = R1 × R2 × R3 × …

只要一个挂,整体挂。可靠性随节点数下降。

并联系统

  ┌─[R1]─┐
──┤─[R2]─├──   任意一个正常即可
  └─[R3]─┘

R 并联 = 1 − (1 − R1)(1 − R2)(1 − R3) · …

至少一个工作即正常。可靠性随节点数提升。

📝 计算示例

3 个节点 R = 0.9

串联:0.9³ = 0.729

并联:1 − 0.1³ = 0.999

混联(混合)

先把并联部分算出等效 R,再与串联部分相乘。

四、容错与冗余设计 ⭐⭐

冗余分类

主动 vs 被动冗余

容错技术 4 大手段

  1. 错误检测:校验、心跳、看门狗
  2. 错误恢复:重试、回滚、切换、降级
  3. 错误屏蔽:N 版本投票
  4. 错误预防:负载均衡、监控、限流

五、高可用架构典型设计

六、答题模板

题型:如何提升系统可用性 / 可靠性?

三大方向(背):

  1. 错误预防:充分测试、灰度发布、限流熔断
  2. 错误检测:心跳、监控告警、健康检查
  3. 错误恢复:主备切换、自动重启、回滚、降级

结合 冗余:负载均衡集群 + 主从复制 + 多机房 + 异地多活,可达到 99.99% 以上可用度。

题型:某系统由 5 个串联模块组成,每个 R=0.99,求整体可靠性?

R = 0.99⁵ ≈ 0.951(95.1%)

若给关键模块加并联备份(2 个并联):

并联节点 = 1 − (1−0.99)² = 0.9999

整体 = 0.99⁴ × 0.9999 ≈ 0.961

📘 常考补充 · 可靠性 完