Средства обеспечения надежности АС

Разработка и эксплуатация АИС Средства обеспечения надежности АС 1 Средства обеспечения надежности АС  Резервирование  способ обеспечения надежности объекта за счет использования дополнительных средств и (или) возможностей, избыточных по отношению к минимально необходимым для выполнения требуемых функции  Надёжность — свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции … 2 Средства обеспечения надежности АС  Средства обеспечения надежности системы     Резервное копирование (архивирование) Технология RAID Технология резервного сервера Технология кластеров 3 Средства обеспечения надежности АС  Постоянное резервирование  используется нагруженный резерв  при отказе любого элемента в резервированной группе выполнение объектом требуемых функций обеспечивается оставшимися элементами без переключений  Резервирование замещением  используется ненагруженный или нагруженный резерв  функции основного элемента передаются резервному только после отказа основного элемента 4 Средства обеспечения надежности АС  Постоянное резервирование —  резервирование с нагруженным резервом, при котором все N элементов в резервированной системе выполняют одну и ту функцию и являются равноправными  выбор одного из N сигналов на их выходе выполняется без переключений  Например, схемой «голосования»  Постоянное резервирование позволяет получить системы с высоким коэффициентом готовности  Коэффициент готовности - вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени 5 Средства обеспечения надежности АС  Резервирование замещением — цель - обработка отказа основного элемента  Резервирование замещением может быть с холодным или горячим резервом  Недостаток - зависимость от надежности переключающих устройств 6 Резервирование замещением  Нагруженный резерв («горячий резерв») — резервный элемент, который заходится в таком же режиме, как и основой  Недостатком горячего резерва является уменьшение ресурса с течением времени  В системах автоматизации с горячим резервом переход на резерв может занимать время от нескольких миллисекунд до единиц секунд 7 Резервирование замещением  Ненагруженный резерв («холодный резерв») — резервный элемент, находящийся в ненагруженном режиме до начала его использования вместо основного элемента  Ненагруженный резерв позволяет получить системы с высокой надежностью, но с низким коэффициентом готовности  Эффективен в случае, когда система некритична к времени простоя величиной в несколько минут 8 Резервирование замещением  Облегченный резерв ("теплый резерв") резервный элемент находится в менее нагруженном состоянии, чем основной  Пример: резервный компьютер в "спящем" режиме является облегченным резервом 9 Резервирование замещением  Основное отличие между "горячим", "холодным" и "теплым" резервом состоит в длительности периода переключения на резерв  При горячем резервировании контроллеров время переключения составляет от единиц миллисекунд до долей секунды  при теплом - секунды,  холодном - минуты. Время переключения на резерв - основной признак при классификации резервирования замещением 10 Постоянное резервирование  Мажоритарное резервирование — структурное резервирование с мажоритарным элементом (Используется для повышения надежности цифровых электронных устройств и цифровых систем)  Мажоритарный элемент (переключатель по большинству) — логическое устройство с нечетным числом входов m=2k+1 (где k = 1, 2 ,3…) и одним выходом, значение которого совпадает со значением, на большинстве входов (чаще всего используются элементы с m = 3) Недостаток: при мажоритарном резервировании отказ узла происходит в случае отказа (m+1)/2 элементов из m (остальные еще работоспособны) Схема мажоритарного элемента для трёх входов 11 Технология резервного сервера  Резервный сервер (standby server) – выделенный программно-аппаратный ресурс, дублирующий функции основного  Основная цель:  уменьшение времени восстановления ресурса и отрезка потерянных данных после выхода из строя основного сервера 12 Технология резервного сервера  Основа организации standby ("тёплый" резерв) –  на отдельном физическом сервере расвернута standby копия серверной БД, обычно расположенные на отдельном физическом сервере  резервные копии и архивные журналы основной БД периодически устанавливают на standby  Важно:  Организация standby требует для активации ручных действий администратора и не обеспечивает сохранность всех транзакций   Фазы работы с резервным сервером  установка  синхронизация  переключение в нормальный режим 13 Технология резервного сервера  Novell Standby Server™  программное решение для зеркалирования данных между серверами 14 Технология резервного сервера  Особенности Novell Standby Server™  возможность использовать для зеркалируемой пары серверов любую комбинацию аппаратных средств, сертифицированных для работы с NetWare  зеркалирование информации осуществляется по выделенному соединению между серверами при помощи двух дополнительных сетевых карт  поддержание идентичности данных серверов основано не на копировании файлов, а на зеркальной обработке транзакций 15 Технология кластеризации  Кластер —  группа компьютеров, объединённых высокоскоростными каналами связи и представляющая с точки зрения пользователя единый аппаратный ресурс  Основные виды кластеров:  отказоустойчивые кластеры (High-availability clusters, кластеры высокой доступности)  кластеры с балансировкой нагрузки (Load balancing clusters)  вычислительные кластеры (Computing clusters)  grid-системы 16 Технология кластеризации  Кластеры высокой доступности (HA, англ. High Availability — высокая доступность)  Создаются для обеспечения высокой доступности сервиса, предоставляемого кластером  Избыточное число узлов, входящих в кластер, гарантирует предоставление сервиса в случае отказа одного или нескольких серверов  Типичное число узлов — два — минимальное количество, приводящее к повышению доступности 17 Технология кластеризации Используемые термины:  узел (node) — это физический компьютер, который входит в кластер (Кластеры могут состоять из 2, 4, 8 или 16 узлов)  виртуальный сервер (virtual server) — ресурс, к которому обращаются пользователи при работе с приложением, установленным на кластер (Виртуальный сервер соответствует кластеру, а не одному физическому компьютеру. При выходе из строя одного узла в кластере работоспособность виртуального сервера будет обеспечивать другой узел) 18 Используемые термины (продолжение):   основной узел (primary node) — физический сервер, который в обычном режиме выполняет все задачи виртуального сервера, обслуживая запросы пользователей вторичный узел (secondary node) — физический сервер, в обычном режиме выполняющий роль запасного Служба, отвечающая за работу кластера (например, Clustering Services) передает на него информацию о всех процессах, которые работают на основном сервере В случае выхода из строя основного сервера вторичный узел примет на себя всю нагрузку виртуального сервера  переключение узлов (failover) — это смена ролей основного и вторичного узла, когда нагрузка перемещается на вторичный узел  Обычно происходит в автоматическом режиме при выходе из строя основного узла 19 Технология кластеризации  Принципы построения:  с холодным резервом или активный/пассивный  с горячим резервом или активный/активный  с модульной избыточностью 20 Технология кластеризации  Тип активный/пассивный •активный узел выполняет •активный узел выполняет запросы запросы •пассивный узел ждет отказа •пассивный узел ждет отказа активного активногоузла узла •пассивный узел включается •пассивный узел включается ввработу, работу,когда когдапроизойдет произойдет отказ активного отказ активного (пример (пример— —резервные резервные сетевые соединения) сетевые соединения) 21 Технология кластеризации  Тип активный/активный  кластер распределения нагрузки с поддержкой перераспределения запросов при отказе все узлы выполняют все узлы выполняют запросы запросы в случае отказа одного в случае отказа одного узла нагрузка узла нагрузка перераспределяется перераспределяется между междуоставшимися оставшимися (Пример — Microsoft (Пример — Microsoft Cluster Server) Cluster Server) 22 Технология кластеризации  Преимущества/недостатки типов построения  Принцип «активный/пассивный»  Резервный узел включается в работу и берет на себя функции первичного узла только в случае возникновения неисправности на первом  Прост в установке и конфигурировании  Высокая стоимость – резервный узел недоступен для выполнения вычислительных задач  Принцип «активный/активный»  Уменьшение стоимости - резервный узел так же используется для вычислений  Увеличивается сложность реализации 23 Технология кластеризации  Тип с модульной избыточностью  Применяется только в случае, когда простой системы совершенно недопустим  Все узлы одновременно выполняют один и тот же запрос (либо части его, но так, что результат достижим и при отказе любого узла)  Из результатов берется любой Важно: необходимо гарантировать, что результаты разных узлов всегда будут одинаковы 24