78. Пути повышения надежности и отказоустойчивости информационной системы.

Повышение надежности КС

Надежность – характеристика способности функционального узла, устройства, системы выполнять при определенных условиях требуемые функции в течение определенного периода времени. Показателями надежности являются вероятность безотказной работы, среднее время наработки на отказ, среднее время восстановления.

Для сохранения ИС в работоспособном состоянии необходимо обеспечить высокую надежность функционирования алгоритмов, программ и технических (аппаратных) средств.

Надежность ИС достигается на этапах:

• разработки;

• производства;

• эксплуатации.

Для программных средств рассматриваются этапы разработки и эксплуатации. Этап разработки программных средств является определяющим при создании надежных компьютерных систем.

На этом этапе основными направлениями повышения надежности программных средств являются:

• корректная постановка задачи на разработку;

• использование прогрессивных технологий программирования;

• контроль правильности функционирования.

На этапе эксплуатации программные средства дорабатываются, в них устраняются замеченные ошибки, поддерживается целостность программных средств и актуальность данных, используемых этими средствами.

Надежность ТС ИС обеспечивается на всех этапах. На этапе разработки выбираются элементная база, технология производства и структурные решения, обеспечивающие максимально достижимую надежность ИС в целом.

На этапе производства должны обеспечиваться высокий технологический уровень производства и организация эффективного контроля качества выпускаемых ТС.

Создание отказоустойчивых ИС

Отказ - ситуация, в которой какая-то часть вычислительной системы оказывается неспособной выполнять возлагаемые на нее функции.

Отказоустойчивая система - вычислительная система, которая при возникновении отказа сохраняет свои функциональные возможности в полном или уменьшенном объеме.

Отказоустойчивость обычно обеспечивается сочетанием избыточности системы и наличия процедур обнаружения и устранения ошибок.

Отказоустойчивость - это свойство ИС сохранять работоспособность при отказах отдельных устройств, блоков, схем. Известны три основных подхода к созданию отказоустойчивых систем:

1. Простое резервирование основано на использовании устройств, блоков, узлов, схем только в качестве резервных. При отказе основного элемента осуществляется переход на использование резервного. Резервирование осуществляется на различных уровнях: на уровне устройств, на уровне блоков, узлов и т. д. Резервирование отличается также и глубиной. Для целей резервирования могут использоваться один резервный элемент и более. Уровни и глубина резервирования определяют возможности системы парировать отказы, а также аппаратные затраты. Пример реализации: зеркалирование (RAID 0).

2. Помехоустойчивое кодирование основано на использовании информационной избыточности. Рабочая информация в КС дополняется определенным объемом специальной контрольной информации. Наличие этой контрольной информации (контрольных двоичных разрядов) позволяет путем выполнения определенных действий над рабочей и контрольной информацией определять ошибки и даже исправлять их.

Так как ошибки являются следствием отказов средств КС, то, используя исправляющие коды, можно парировать часть отказов. Помехоустойчивое кодирование наиболее эффективно при парировании самоустраняющихся отказов, называемых сбоями. Помехоустойчивое кодирование, как правило, используется в комплексе с другими подходами повышения отказоустойчивости.

3. Адаптивные системы. В них достигается разумный компромисс между уровнем избыточности, вводимым для обеспечения устойчивости (толерантности) системы к отказам, и эффективностью использования таких систем по назначению.

В адаптивных системах реализуется так называемый принцип элегантной деградации. Этот принцип предполагает сохранение работоспособного состояния системы при некотором снижении эффективности функционирования в случаях отказов ее элементов.

Адаптивные системы содержат аппаратно-программные средства для автоматического контроля работоспособности элементов системы и осуществления ее реконфигурации при возникновении отказов элементов. При реконфигурации восстанавливается необходимая информация (при ее утрате), отключается отказавший Элемент, осуществляется изменение связей и режимов работы элементов системы.

В адаптивных системах даже внешние устройства не используются только как резервные. Информация, необходимая для восстановления данных с отказавшего ВЗУ, хранится на накопителях, которые используются для хранения и рабочей информации. Примером таких систем являются RAID системы.