Formal Techniques in Real-Time and Fault-Tolerant Systems pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Ftrtft 9 (1998 Lyngby, Denmark)/ Ravn, Anders P./ Rischel, Hans

出品人:

頁數:338

译者:

出版時間:

價格:69.95

裝幀:Pap

isbn號碼:9783540650034

叢書系列:

圖書標籤:

• 形式化方法
• 實時係統
• 容錯係統
• 係統驗證
• 模型檢測
• 定理證明
• 嵌入式係統
• 可靠性工程
• 軟件工程
• 形式化規約

《計算係統的行為抽象與模型檢測》 在現代工程領域，特彆是在航空航天、汽車工業、醫療設備以及關鍵基礎設施等對安全性和可靠性要求極高的應用中，確保軟件係統的正確性和魯棒性至關重要。這些係統通常需要在嚴格的時間約束下運行，並且必須能夠在發生故障時繼續提供服務。因此，對這些復雜計算係統進行形式化分析，以驗證其行為是否符閤預期，以及在齣現故障時能否有效恢復，是軟件開發過程中的核心挑戰。 本書《計算係統的行為抽象與模型檢測》深入探討瞭用於分析和驗證這類關鍵係統的核心理論與實踐方法。本書將首先聚焦於“行為抽象”，這是理解復雜係統本質的關鍵步驟。我們知道，現實世界的係統及其運行環境可能極其龐大和復雜，直接分析所有可能的行為路徑是不切實際的。因此，通過行為抽象，我們可以構建一個簡化但仍能保留係統關鍵特性的模型。這包括如何選擇閤適的抽象層次，以及如何精確地捕捉係統的動態行為，例如並發性、時序特性、資源共享以及響應機製。我們將介紹多種成熟的行為抽象技術，例如狀態機模型、Petri網、時序邏輯公式等，並詳細闡述如何將一個實際的係統問題映射到這些抽象模型中。本書將強調抽象過程中的權衡，即如何在簡化模型的同時，最大限度地保留原始係統的語義，確保分析結果的有效性。 在行為抽象的基礎上，本書將重點介紹“模型檢測”這一強大的形式化驗證技術。模型檢測是一種自動化的技術，它能夠係統地探索一個係統的所有可能執行路徑，並檢查其是否滿足預定義的屬性。這些屬性通常以形式化語言（如時序邏輯）來錶達，可以涵蓋諸如“係統是否總是能在有限時間內響應”、“係統是否會發生死鎖”、“在任何情況下，安全屬性是否都能被維持”等多種安全性和活性要求。本書將詳細介紹經典的以及最新的模型檢測算法，包括狀態空間探索技術，如顯式狀態模型檢測和隱式狀態模型檢測（SMV、NuSMV、UPPAAL等工具的核心）。我們將分析這些算法的時間和空間復雜度，並討論如何處理因狀態空間爆炸而導緻的計算瓶頸。 本書的一個重要特色在於，它將行為抽象與模型檢測緊密結閤。我們將展示如何通過精心的行為抽象，顯著減小模型的規模，從而使得模型檢測工具能夠高效地處理大型和復雜的係統。我們將探討不同抽象技術對模型檢測性能的影響，以及如何根據具體的係統特性和驗證目標來選擇最優的抽象策略。此外，本書還將涵蓋一些高級主題，例如： 組閤模型檢測： 如何將多個獨立但相互作用的組件模型進行組閤，以驗證整體係統的行為。 參數化模型檢測： 如何處理具有任意數量副本的係統，例如網絡協議或分布式傳感器網絡。 混閤動力係統驗證： 如何對同時包含連續動態行為（如微分方程）和離散事件的係統進行建模和驗證，這在許多控製係統中非常常見。 概率模型檢測： 如何分析具有隨機行為的係統，並驗證概率性的安全或性能指標。 不確定性下的驗證： 如何在係統行為存在不確定性（例如，傳感器噪聲、執行器漂移）的情況下進行分析。 為瞭增強本書的實用性，我們將通過一係列精心設計的案例研究來闡述這些概念。這些案例將覆蓋不同領域的關鍵係統，例如實時操作係統調度、嵌入式控製係統、通信協議的正確性驗證、以及並發軟件的死鎖和活性分析。通過這些實例，讀者將能夠理解如何將抽象技術和模型檢測工具應用於實際的工程問題，從而提高係統的可靠性和安全性。 《計算係統的行為抽象與模型檢測》適閤於計算機科學、軟件工程、電氣工程以及相關領域的學生、研究人員和工程師。通過閱讀本書，讀者將能夠掌握形式化方法的核心思想，並具備使用先進的建模和驗證工具來分析和確保復雜計算係統正確性的能力，從而為開發安全、可靠、高效的現代工程係統奠定堅實的基礎。

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《形式化技術在實時與容錯係統中的應用》這本書，我拿到的時候就覺得名字挺“硬核”的，但作為一名在嵌入式領域摸爬滾打多年的開發者，我一直對如何讓係統在嚴苛環境下穩定可靠地運行抱有極大的興趣。尤其是在那些對時間要求極為苛刻的航空航天、醫療器械以及自動駕駛這些領域，任何一點小小的延誤或者故障都可能帶來災難性的後果。我一直想深入瞭解，除瞭憑經驗和大量的測試之外，有沒有更係統、更數學化的方法來保證係統的正確性和及時性。這本書的名字正好擊中瞭我的痛點，我期待它能提供一套嚴謹的理論框架，來分析和設計那些對時間約束和故障處理有著極緻要求的復雜係統。我尤其關注書中關於模型檢查、定理證明等形式化方法的介紹，希望能藉此學習如何精確地描述係統的行為，並從數學上證明其滿足特定時間屬性，以及在發生故障時能夠優雅地處理並恢復，而不是一塌糊塗。我非常好奇書中是否會通過大量的案例分析，將這些抽象的概念轉化為實際可操作的工程實踐，畢竟理論聯係實際纔能真正解決問題。

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作為一名在安全關鍵領域工作的工程師，我每天都在與“萬無一失”的目標搏鬥。在這樣的環境中，任何可能導緻係統失效的因素都需要被仔細評估和控製。而“形式化技術”一直是我認為解決這類問題的終極武器，它代錶瞭一種追求極緻嚴謹和可驗證性的方法論。這本書的標題《形式化技術在實時與容錯係統中的應用》立刻引起瞭我的注意，因為它精準地命中瞭我在工作中遇到的兩大核心挑戰。我對書中關於如何使用形式化方法來證明實時係統的可調度性、無死鎖等屬性有著強烈的學習願望。更重要的是，我非常好奇這本書如何將形式化技術應用於容錯係統。這是否意味著我們可以用形式化的語言來描述故障的發生、傳播和處理過程，並在此基礎上進行嚴格的分析和驗證？我希望書中能提供一些關於如何構建形式化容錯模型的具體指導，以及如何利用這些模型來評估不同容錯策略的有效性和性能。我期待書中能夠展示一些行業內的最佳實踐，以及如何將這些形式化方法集成到實際的開發流程中，從而真正提升係統的可靠性和安全性。

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讀到《形式化技術在實時與容錯係統中的應用》這個書名，我腦海裏立刻浮現齣那些在最惡劣環境下工作的係統，比如深空探測器、核電站控製係統，或者救護車上的生命監測儀。這些係統不僅要精確地在規定時間內完成任務，還要在麵對各種不可預測的狀況時，不至於崩潰，甚至能夠自我修復。我一直對這種“雙重保險”的設計理念非常著迷。我希望這本書能夠深入探討，如何將數學上的嚴謹性，也就是“形式化技術”，應用於解決“實時”和“容錯”這兩個在工程實踐中極具挑戰性的問題。我特彆關注書中是否會介紹一些用於建模實時係統動態行為的數學工具，以及如何分析這些模型以確保其滿足嚴格的時間約束。同時，我也希望能夠瞭解，在容錯方麵，這本書會提供哪些基於形式化方法的解決方案，比如如何用數學方法來描述和推理係統的故障模式，以及如何證明係統的容錯機製在麵對這些故障時能夠有效地發揮作用，並且不會影響係統的實時性能。我期待這本書能夠為我打開一扇新的視角，讓我能夠以一種更係統、更科學的方式來應對復雜係統的設計和驗證挑戰。

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我之前接觸過一些關於實時係統設計的書籍，但往往側重於調度算法或者RTOS的API層麵，對於底層原理的探討並不深入。而“容錯”這個概念，在我看來更是技術領域中一個充滿挑戰且引人入勝的難題。如何在係統不可避免地齣現故障時，依然能夠繼續提供服務，甚至在一定程度上“容忍”故障的存在，這是一個非常吸引我的研究方嚮。這本書的名字就點齣瞭這兩個關鍵要素，讓我覺得它很可能是一個寶庫。我期待書中能夠詳細講解各種容錯策略，例如冗餘、檢測、隔離和恢復等，以及這些策略如何在實時係統中得到有效的集成。我特彆好奇的是，這本書是如何將“形式化技術”與“實時”和“容錯”這兩個相對獨立又緊密關聯的領域結閤起來的。是否有專門的篇章來探討如何利用形式化方法來驗證容錯機製的有效性？例如，能否通過數學模型證明，在發生特定類型的故障時，係統能夠按照預期的容錯邏輯進行響應，並最終達到安全狀態？我希望這本書不僅僅是理論的堆砌，更能提供一些實際的設計思路和實現指南，幫助我更好地理解和應用這些高級技術。

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說實話，我在看到這本書的標題時，腦海裏閃過的第一個念頭是：“這得有多難啃啊！”。畢竟，“形式化技術”這四個字本身就帶著一股濃濃的學術和理論氣息，而“實時”和“容錯”又是計算機科學中公認的高難度方嚮。我之前嘗試閱讀過一些形式化方法相關的論文，但常常因為概念過於抽象、符號係統繁雜而望而卻步。這次我下定決心要挑戰一下，主要還是被“實時”和“容錯”的結閤所吸引。在實際的項目開發中，我們經常會遇到在保證係統性能的同時，又要考慮到潛在的故障，這兩者之間的權衡和取捨是非常睏難的。我特彆希望能在這本書中找到一種能夠係統性地分析和設計這種“軟硬兼施”的解決方案。例如，當係統設計需要嚴格的實時性，但又可能因為硬件老化、軟件bug等原因齣現故障時，這本書是否會提供一些通用的方法論，來指導我們如何找到一個在性能和可靠性之間最優的平衡點？我希望書中能夠深入探討如何在形式化模型中同時嵌入時間約束和故障模型，並在此基礎上進行分析和推理。

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