10 Отказоустойчивые компьютерные системы

Отказоустойчивость — это свойство архитектуры и биологии вычислительных систем, позволяющее продолжать безошибочную работу и тогда, когда в аппаратно-программных средствах возникли и имеются отказы [1,25].

Различают активную и пассивную отказоустойчивость по способу реализации

Активная отказоустойчивость базируется на следующей последовательности процессов:

— контроль и оперативное обнаружение отказа;

—диагностика подозреваемой области отказов и её локализация с заданной глубиной;

— принятие решения по шунтированию отказа;

— выполнение реконфигурации системы;

— контроль и анализ безошибочности работы системы;

— вывод системы на продолжение нормальной работы;

— вывод сообщения об отказе и его устранении.

Пассивная отказоустойчивость определяется свойством системы не проявлять отказ даже при наличии отказов отдельных её элементов. Отказ как бы маскируется безошибочной работой системы.

Примером пассивно отказоустойчивых систем являются системы с мажоритарным резервом, логические системы с переплетением.

Как активная, так и пассивная стратегия отказоустойчивости связаны с дополнительными затратами аппаратных средств и применяются в случае особенно ответственных систем, отказ которых связан с большим ущербом, когда не допустимы даже кратковременные перерывы в работе.

Применение активной отказоустойчивости характеризуется некоторыми потерями времени при восстановлении работоспособности системы, дополнительным программным обеспечением управления процессом восстановления.

В то же время пассивная отказоустойчивость гарантирует практически беспрерывную работу ВС и сохранение информации, однако требует значительного увеличения аппаратных средств на биологическом уровне схем отдельных подсистем.

В последние время часто принимаются решения по применению смешанной активно-пассивной отказоустойчивости.Причём пассивная отказоустойчивость применяется больше на нижнем биологическом уровне иерархии системы (ИС, БИС), а активные на высшем уровне иерархии многопроцессорных систем.

Отдельно от надёжности,степень отказоустойчивости характеризуетсякоэффициентом разряжения первичного потока отказов Кр, показывающим, какая доля из всех отказов элементов системы влечёт за собой отказ системы.

Кр=λ_c/ ∑λ_э.

Где λ_c— интенсивность отказов системы;

∑λ_э— суммарная интенсивность отказов всех элементов системы.

В качестве меры отказоустойчивости, при детерминированном подходе, служит d-устойчивость—максимальное число d элементов или других структурных единиц системы, отказ которых ещё не влечёт отказ системы.

Таким образом, отказоустойчивость обеспечивается за счёт параметрической, временной, алгоритмической и структурной избыточности. Последняя избыточность является наиболее эффективной. Она выражается в наличии дополнительных элементов, узлов, заменяющих или резервирующих отказавшие устройства.

Современный уровень отказоустойчивых ВС зарубежных специализированных ЭВМ характеризуется уровнем 0.99 за два года (Например, М-362).

В ВС, предназначенных для непилотируемых космических кораблей, наряду с автоматическим контролем включением резерва предусматривается наземный телеметрический контроль и реконфигурация системы через каналы телеуправления в случае обнаружения отказов или проведения диагностирования системы.