系统故障

理学领域术语

故障是指系统不能执行规定功能的状态。在计算机中，系统故障是指系统在运行过程中，由于某种原因，造成系统停止运行，以致事务在执行过程中以非正常的方式终止，致使内存中的信息丢失，而存储在外存上的数据未受影响。

系统故障简介

故障是计算机程序的语法错误或逻辑错误。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。

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。

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。

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