38-39x

38. Оценка показателей надёжности КС
Одной из первоначальных целей создания распределенных систем, к которым
относятся и вычислительные сети, являлось достижение большей надежности по
сравнению с отдельными вычислительными машинами.
Важно различать несколько аспектов надежности. Для технических устройств
используются такие показатели надежности, как среднее время наработки на
отказ, вероятность отказа, интенсивность отказов. Однако эти показатели
пригодны для оценки надежности простых элементов и устройств, которые могут
находиться только в двух состояниях - работоспособном или неработоспособном.
Сложные системы, состоящие из многих элементов, кроме состояний
работоспособности и неработоспособности, могут иметь и другие промежуточные
состояния, которые эти характеристики не учитывают. В связи с этим для оценки
надежности сложных систем применяется другой набор характеристик.
Готовность или коэффициент готовности (availability) означает долю времени,
в течение которого система может быть использована. Готовность может быть
улучшена путем введения избыточности в структуру системы: ключевые элементы
системы должны существовать в нескольких экземплярах, чтобы при отказе
одного из них функционирование системы обеспечивали другие.
Чтобы систему можно было отнести к высоконадежным, она должна как минимум
обладать высокой готовностью, но этого недостаточно. Необходимо
обеспечить сохранность данных и защиту их от искажений. Кроме этого,
должна поддерживаться согласованность (непротиворечивость) данных,
например, если для повышения надежности на нескольких файловых серверах
хранится несколько копий данных, то нужно постоянно обеспечивать их
идентичность.
Так как сеть работает на основе механизма передачи пакетов между конечными
узлами, то одной из характерных характеристик надежности является
вероятность доставки пакета узлу назначения без искажений. Наряду с этой
характеристикой могут использоваться и другие показатели: вероятность потери
пакета (по любой из причин - из-за переполнения буфера маршрутизатора, из-за
несовпадения контрольной суммы, из-за отсутствия работоспособного пути к узлу
назначения и т. д.), вероятность искажения отдельного бита передаваемых
данных, отношение потерянных пакетов к доставленным.
Другим аспектом общей надежности является безопасность (security), то есть
способность системы защитить данные от несанкционированного доступа. В
распределенной системе это сделать гораздо сложнее, чем в централизованной.
В сетях сообщения передаются по линиям связи, часто проходящим через
общедоступные помещения, в которых могут быть установлены средства
прослушивания линий. Другим уязвимым местом могут быть оставленные без
присмотра персональные компьютеры. Кроме того, всегда имеется потенциальная
угроза взлома защиты сети от неавторизованных пользователей, если сеть имеет
выходы в глобальные сети общего пользования.
Еще одной характеристикой надежности является отказоустойчивость (fault
tolerance). В сетях под отказоустойчивостью понимается способность системы
скрыть от пользователя отказ отдельных ее элементов. Например, если копии
таблицы базы данных хранятся одновременно на нескольких файловых серверах,
то пользователи могут просто не заметить отказ одного из них. В
отказоустойчивой системе отказ одного из ее элементов приводит к некоторому
снижению качества ее работы (деградации), а не к полному останову. Так, при
отказе одного из файловых серверов в предыдущем примере увеличивается
только время доступа к базе данных из-за уменьшения степени
распараллеливания запросов, но в целом система будет продолжать выполнять
свои функции.
Единичные показатели надёжности:
Показатели безотказности




вероятность безотказной работы P(t);
средняя наработка до отказа Тср;
средняя наработка на отказ То;
интенсивность отказов λ(t);
Показатели долговечности




средний ресурс;
назначенный ресурс;
средний срок службы;
назначенный срок службы.
Показатели ремонтопригодности


Вероятность восстановления работоспособного состояния
Среднее время восстановления работоспособного состояния
Комплексные показатели надежности



коэффициент готовности — Кг
коэффициент оперативной готовности — Kог
коэффициент технического использования — Кти
Вероятность безотказной работы — это вероятность того, что в пределах
заданной наработки или заданном интервале времени отказ объекта не
возникает. Вероятность безотказной работы обратна вероятности отказа и вместе
с интенсивностью отказов определяет безотказность объекта. Показатель
вероятности безотказной работы определяется статистической
оценкой:
работоспособных объектов,
где
— исходное число
— число отказавших объектов за время .
Вероятность безотказной работы группы объектов равна произведению
вероятностей безотказной работы каждого объекта в этой
группе:
группе.
где n — число объектов в
Чем больше объектов в группе, тем ниже надежность всей группы, так как
если
, то тогда
.
Наработка на отказ — технический параметр, характеризующий
надёжность восстанавливаемого прибора, устройства или технической системы.
Средняя продолжительность работы устройства между ремонтами, то есть
показывает, какая наработка в среднем приходится на один отказ. Выражается
обычно в часах.
Для программных продуктов обычно подразумевается срок до полного
перезапуска программы или полной перезагрузки операционной системы.
Наработка до отказа — эквивалентный параметр
для неремонтопригодного устройства. Поскольку устройство неремонтируемое, то
это просто среднее время, которое проработает устройство до того момента, как
сломается.
Наработка — продолжительность или объем работы объекта, измеряемая в
часах, мото-часах, гектарах, километрах пробега, циклов включений и др.
Измеряется статистически, путём испытания множества приборов, или
вычисляется методами теории надёжности.
Т = 1/m * Σti
где ti — наработка i-го объекта между отказами; m — число отказов.
Интенсивность отказов — соотношение числа отказавших объектов (образцов
аппаратуры, изделий, деталей, механизмов, устройств, узлов и т. п.) в единицу
времени к среднему числу объектов, исправно работающих в данный отрезок
времени при условии, что отказавшие объекты не восстанавливаются и не
заменяются исправными. Другими словами, интенсивность отказов численно
равна числу отказов в единицу времени, отнесенное к числу узлов, безотказно
проработавших до этого времени.
где N — общее число рассматриваемых изделий;
f(t) — частота отказов узлов (деталей);
P(t) — вероятность безотказной работы;
n(t) — число отказавших образцов в интервале времени от
до
;
— интервал времени;
— среднее число исправно работающих образцов в интервале
:
где
— число исправно работающих образцов в начале интервала
— число исправно работающих образцов в конце интервала
.
;
Коэффициент готовности – вероятность того, что объект окажется
в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме
планируемых периодов, в течение которых применение объекта по назначению не
предусматривается
Представляет собой отношение времени исправной работы к сумме времен
исправной работы и вынужденных простоев объекта, взятых за один и тот же
календарный срок.
где
– суммарное время исправной работы объекта;
вынужденного простоя
– суммарное время
Для перехода к вероятностной трактовке величины
и
заменяются
математическими ожиданиями времени между соседними отказами и времени
восстановления соответственно
где
– наработка на отказ;
– среднее время восстановления
Коэффициент оперативной готовности - это вероятность того, что аппаратура
будет работоспособна в произвольный момент времени t и безотказно
проработает заданное время τ
где
- коэффициент готовности;
работы объекта за время τ
- вероятность безотказной
Коэффициент оперативной готовности характеризует надежность объектов,
необходимость применения которых возникает в произвольный момент времени,
после которого требуется определенная безотказная работа. До этого момента
такие объекты могут находиться как в режиме дежурства, так и в режиме
применения – для выполнения других рабочих функций. В обоих режимах
возможно возникновение отказов и восстановление работоспособности объекта.
Коэффициент технического использования
Этот показатель характеризует те же свойства, что и коэффициент готовности, но
учитывает дополнительно предупредительные ремонты и представляет собой
отношениематематического ожидания времени пребывания объекта
в работоспособном состоянии за некоторый период эксплуатации к
сумме математических ожиданий времени пребывания объекта
в работоспособном состоянии, времени простоев, обусловленных техническим
обслуживанием, и времени ремонтов за тот же период эксплуатации, т. е.
где
– наработка на отказ;
– среднее время восстановления; τ –
математическое ожидание времени нахождения объекта в отключенном
состоянии для производства профилактических работ.
39. КС с приводимой и неприводимой структурой.
ХУЙ ВАЩЕ ЗНАЕТ, ДАЖЕ ПРИМЕРНО НИЧЕГО НИГДЕ
НЕТУ