信頼性

システムエンジニアリングにおいて、信頼性とはシステムの可用性、信頼性、保守性、および場合によっては耐久性、安全性、セキュリティなどの他の特性の尺度です。^[1]リアルタイムコンピューティング において、信頼性とは一定期間内に信頼できるサービスを提供する能力です。^[2]システムが攻撃や自然障害にさらされた場合でも、サービスの保証は維持されなければなりません。

国際電気標準会議(IEC) は、技術委員会TC 56を通じて、機器、サービス、システムのライフサイクル全体にわたる信頼性評価と管理のための体系的な方法とツールを提供する国際標準を開発および維持しています。「ディペンダブル コンピューティングとフォールト トレランス」に関する IFIP ワーキング グループ 10.4 ^[3]は、この分野における技術コミュニティの進歩を統合する役割を果たしており、結果を広めるために毎年 2 つのワークショップを開催しています。

信頼性は次の 3 つの要素に分類できます。

• 属性- システムの信頼性を評価する方法
• 脅威- システムの信頼性に影響を与える可能性のあるものについての理解
• 手段- システムの信頼性を高める方法

いくつかの情報源によると、この言葉は 1910 年代にダッジ ブラザーズの自動車印刷広告で作られたと言われています。しかし、この言葉はそれより古く、オックスフォード英語辞典では1901 年に初めて使用されています。

1960年代から1970年代にかけて、フォールトトレランスとシステムの信頼性への関心が高まるにつれ、信頼性の尺度には安全性や完全性などの追加的な尺度が含まれるようになり、信頼性は[x]の尺度として使われるようになりました。 ^[4] 1980年代初頭、ジャン＝クロード・ラプリエは、信頼性に内在する意味の拡張なしに、フォールトトレランスとシステムの信頼性の研究を包括する用語として信頼性を選択しました。^[5]

ディペンダビリティの分野は、こうした始まりから、ディペンダビリティシステムおよびネットワークに関する国際会議、信頼性の高い分散システムに関する国際シンポジウム、ソフトウェア信頼性工学に関する国際シンポジウムなど、数多くの著名な国際会議によって促進された国際的に活発な研究分野へと発展してきました。

伝統的に、システムの信頼性には可用性、信頼性、保守性が組み込まれていましたが、1980年代以降、安全性とセキュリティが信頼性の尺度に追加されました。^[6]

属性はシステムの性質です。これらは定性的または定量的な尺度を使用して評価され、システムの全体的な信頼性を判定できます。Avizienis らは、次の信頼性属性を定義しています。

• 可用性- 適切なサービスの準備
• 信頼性- 正しいサービスの継続
• 安全性- ユーザーや環境に壊滅的な影響が及ばないこと
• 完全性- 不適切なシステム変更がないこと
• 保守性- メンテナンス（修理）が容易であること

これらの定義が示唆するように、可用性と信頼性のみが直接測定によって定量化可能であり、他のものはより主観的です。たとえば、安全性はメトリックを介して直接測定することはできませんが、信頼度を与えるために判断情報を適用する必要がある主観的な評価であり、信頼性は時間の経過に伴う障害として測定できます。

機密性、つまり情報の不正な開示がないことは、セキュリティを扱う際にも使用されます。セキュリティは、機密性、整合性、可用性の複合です。セキュリティは属性として分類されることもありますが^[7]、現在の見解では、セキュリティを信頼性と一緒に集約し、信頼性を信頼性とセキュリティと呼ばれる複合用語として扱っています。^[2]

実際には、システムのアプライアンスにセキュリティ対策を適用すると、外部から発生するエラーの数を制限することで信頼性が向上します。

脅威とは、システムに影響を及ぼし、信頼性の低下を引き起こす可能性のあるものです。明確に理解する必要がある主な用語が 3 つあります。

• 障害: 障害 (歴史的理由から通常はバグと呼ばれます) は、システム内の欠陥です。システムに障害が存在すると、障害が発生する場合と発生しない場合があります。たとえば、システムに障害が含まれていても、その入力と状態条件によってこの障害が実行されてエラーが発生することはなく、したがって、その特定の障害が障害として現れることはありません。
• エラー: エラーとは、システムの意図された動作とシステム境界内での実際の動作との間の不一致です。エラーは、障害の発生によりシステムの一部が予期しない状態になったときに実行時に発生します。エラーは無効な状態から生成されるため、デバッガーやログへのデバッグ出力などの特別なメカニズムがなければ、エラーを観察することは困難です。
• 障害: 障害とは、システムが仕様に反する動作を示す瞬間のことです。エラーが必ずしも障害を引き起こすとは限りません。たとえば、システムによって例外がスローされる場合もありますが、フォールト トレランス技術を使用してこれをキャッチして処理することで、システム全体の動作が仕様に準拠するようになります。

障害はシステム境界で記録されることに注意することが重要です。障害は基本的にシステム境界に伝播し、観測可能になったエラーです。障害、エラー、および障害はメカニズムに従って動作します。このメカニズムは、障害-エラー-障害チェーンと呼ばれることもあります。^[8]一般的なルールとして、障害がアクティブになると、エラー（無効な状態）につながる可能性があり、エラーによって生成された無効な状態は、別のエラーまたは障害（システム境界で指定された動作からの観測可能な逸脱）につながる可能性があります。^[9]

障害がアクティブになると、エラーが作成されます。エラーは、さらなるエラー状態を作成するという点で障害と同じように動作するため、システム境界内でエラーが複数回伝播しても、目に見える障害は発生しません。エラーがシステム境界外に伝播すると、障害が発生したとみなされます。障害とは、基本的に、サービスが仕様を満たしていないと言えるポイントです。あるサービスからの出力データは別のサービスに送られる可能性があるため、あるサービスの障害が別のサービスに障害として伝播し、障害がエラーにつながり、さらに障害がエラーにつながるという形の連鎖が形成される場合があります。

障害エラー チェーンのメカニズムが理解されると、これらのチェーンを断ち切る手段を構築して、システムの信頼性を高めることができます。これまでに 4 つの手段が特定されています。

1. 防止
2. 除去
3. 予測
4. 許容範囲

障害防止は、システムに障害が導入されるのを防ぐことを目的としています。これは、開発方法論と適切な実装技術を使用することで実現できます。

障害除去は、開発中の除去と使用中の除去の 2 つのサブカテゴリに分けられます。
開発中の除去では、システムが実稼働する前に障害を検出して除去できるように検証が必要です。システムが実稼働すると、障害を記録し、メンテナンス サイクルを通じて障害を除去するシステムが必要になります。

障害予測は、起こりうる障害を予測し、それを除去したり、その影響を回避したりできるようにします。^{[10] [11]}

フォールト トレランスは、障害が発生した場合でも、サービスのレベルが低下してもシステムが必要なサービスを提供できるようにするメカニズムを導入することを扱います。

信頼性の手段は、システムのエンドユーザーに見える障害の数を減らすことを目的としています。

障害がどのように現れたり持続するかに基づいて、障害は次のように分類されます。

• 一時的：明らかな理由もなく現れ、また明らかな理由もなく消える
• 断続的：パターンがはっきりしないまま複数回現れ、自然に消える
• 永続的: 一度現れると、自然に解決されることはありません

信頼性に関するいくつかの研究^{[12]では、} SOAなどの構造化情報システムを使用して、属性生存性を導入し、マスク不可能な障害後に情報システムが維持または再開する劣化したサービスを考慮に入れています。

現在のフレームワークの柔軟性により、システム アーキテクトは、障害に強いシステムを構築するために過剰にプロビジョニングするのではなく、利用可能な安全なリソースを最も重要なサービスのサポートに再集中させる再構成メカニズムを有効にすることができます。

ネットワーク化された情報システムの一般化に伴い、ユーザーエクスペリエンスをより重視するために アクセシビリティが導入されました。

パフォーマンスのレベルを考慮すると、パフォーマンスの測定は「指定された期間内に障害が発生した場合に対象システムがどの程度うまく機能するかを定量化すること」と定義されます。^[13]

• ディペンダブルシステムとネットワークに関する国際会議 – コンピュータネットワーク会議
• フォールトインジェクション – 異常なストレス下でのコンピュータシステムの動作をテストする
• フォールトトレランス – コンポーネントの障害やエラーに対するシステムの耐性
• 形式手法 – 数学的プログラム仕様
• システム品質属性のリスト – システム評価のための非機能要件
• RAMS  – 製品またはシステムのエンジニアリング特性評価リダイレクト先の簡単な説明を表示するページ
• 信頼性工学 – 信頼性を重視するシステム工学のサブ分野
• 安全工学 – 設計されたシステムが許容できるレベルの安全性を提供することを保証する工学分野

• Wilfredo Torres-Pomales:ソフトウェアフォールトトレランス: チュートリアル、2002
• Stefano Porcarelli、Marco Castaldi、Felicita Di Giandomenico、Andrea Bondavalli、Paola Inverardi フォールトトレラントな分散システムにおける再構成を管理するアプローチ

• ディペンダブルシステムとネットワークに関する国際シンポジウム（DSN）：^[14] 1970年から毎年開催されているコミュニティの旗艦会議。
• 信頼性分散システムに関する国際シンポジウム（SRDS）：^[15] 2021年に第40回が開催されます。

より地域に焦点を当てた会議:

• ラテンアメリカディペンダブルコンピューティングシンポジウム (LADC): 2021 年に第 10 回が開催されます。
• パシフィック・リム国際ディペンダブル・コンピューティング・シンポジウム (PRDC): 2021 年に 25 回目の開催が予定されています。

• IEEE Transactions on Dependable and Secure Computing (TDSC)は、IEEE Technical Committee on Fault Tolerant Computing (TCFTC) の管轄下にある主力ジャーナルです。
• Prognostics Journal は、システムの信頼性と予測に関するあらゆる分野における独自の研究と産業経験に関する記事を電子的に公開するための国際フォーラムを提供するオープン アクセス ジャーナルです。
• 国際クリティカルコンピュータベースシステムジャーナル

• JC Laprie、Dependability: Basic Concepts and Terminology 、Springer - Verlag、1992年。ISBN 0-387-82296-8 
• Daniel P. Siewiorek、Robert S. Swarz、「信頼性の高いコンピュータ システム: 設計と評価」、AK Peters/CRC Press、1998 年。ISBN 978-1568810928

• DESEREC、拡張された再構成可能性による信頼性とセキュリティ、FP6 /IST 統合プロジェクト 2006–2008
• ノード^{[永久リンク切れ]}、依存可能なシステム上のネットワーク
• ESFORS、Webサービス、ソフトウェア、システムに関する欧州セキュリティフォーラム、FP6/IST調整活動
• HIDENETS高度に信頼できる IP ベースのネットワークとサービス、FP6/IST 対象プロジェクト 2006–2008
• RESIST FP6/IST ネットワーク オブ エクセレンス 2006–2007
• RODIN 複雑系向け厳密オープン開発環境 FP6/IST 対象プロジェクト 2004–2007
• SERENITYセキュリティと信頼性のためのシステムエンジニアリング、FP6/IST 統合プロジェクト 2006–2008
• ウィロー生存性アーキテクチャ、およびSTILT、テロ介入および大規模チームワークシステム2002-2004
• ANIKETOS 2019-12-02にWayback Machineでアーカイブされました 信頼性とセキュリティの高いサービス構成、FP7/IST統合プロジェクト2010–2014