Проблема обеспечения надежности компьютерных систем и пути ее решения Лекция 1
Надежность, контроль, диагностика и эксплуатация ЭВМ Цель преподавания дисциплины дать студенту систематизированные знания об основах теории надежности на этапах проектирования и эксплуатации компьютерных систем 2
Понятие о надежности Надежность (reliability) свойство системы выполнять требуемые функции и сохранять значения параметров в заданных пределах при определённых условиях эксплуатации. Теория надёжности - это наука, изучающая закономерности особого рода явлений - отказов технических систем. 3
Причины возникновения проблемы надежности • Рост сложности современных технических систем превышает рост надежности элементов • сложность условий эксплуатации • повышение требований к качеству работы системы • высокая техническая и экономическая цена отказа • полная или частичная автоматизация процессов и производств (исключение человека из процесса управления) 4
Особенности обеспечения надежности компьютерных систем (КС) • Методы и средства обеспечения надежности аппаратуры обладают высокой эффективностью • Развитие теории надежности применительно к программным средствам, сетевым технологиям и web-системам идёт недостаточно эффективно. 5
Причины 1. Классическая теория надёжности ориентирована на исследование объектов, работоспособность которых нарушается вследствие отказов физической природы (технических объектов) 2. Разработка КС ведётся людьми иной инженерной философии, базирующейся на подходах к разработке и анализу результатов скорее как к искусству, а не как строгой науке 3. Сохраняется ориентация на качественные, а не количественные инструментарии и оценки 6
Следствие Основные причины отказов КС • Дефекты программных средств (проектные ошибки) • Перегрузки компьютерных сетей • Несанкционированные информационные взаимодействия 7
Понятие о гарантоспособности Гарантоспособность (dependability) - надежность в широком смысле – способность КС предоставлять требуемые услуги, которым можно оправданно доверять • является комплексным свойством • объединяет свойства классической надежности, функциональной и информационной безопасности Гарантоспособная КС (ГКС) – это система, обладающая полным или частичным набором первичных свойств, составляющих гарантоспособность. 8
Эволюция теории надежности Время 50 – е годы XX века 60 – 70 – е годы Парадигма Надежная система из ненадежных элементов (reliable system out of on unreliable elements) (RS/URE), резервирование Система Элементы реле, триггеры, регистры и т. п. релейноконтактные или простейшие цифровые устройства Надежная система из компьютеры, интегральные ненадежных элемен- компьютерные микросхемы и тов с контролем и устройства на системы реконфигурацией при их основе отказах 9
Эволюция теории надежности Время Парадигма Система Элементы 80 – 90 - е годы Надежная система из ненадежных аппаратных и программных компонент, принцип многоверсионного проектирования компьютеры, компьютерные системы и сети интегральные микросхемы и устройства на их основе, компьютеры, серверы … Гарантоспособная система из негарантоспособных компонент (dependable system out of on undehendable components) (DS/UDC) компьютеры, сервис-ориенти -рованые КС и сети интегральные микросхемы и устройства на их основе, компьютеры, серверы … конец XX начало XXI века 10
Основные направления теории надежности 1. Математическая теория надёжности • закономерности возникновения отказов • методы количественного измерения надежности • инженерные расчеты показателей надежности 2. Статистическая теория надёжности • методы сбора и обработки статистических данных о надёжности • статистические характеристики надёжности 11
Основные направления теории надежности 3. Физическая теория надёжности изучение физических причин отказов, влияния старения и прочности материалов на надёжность, внешних и внутренних воздействий на работоспособность систем. 4. Прикладная теория надёжности КС – применение методов и средств теории надежности для обеспечения надежности в области компьютерных технологий. 12
Факторы, влияющие на надежность системы а) при проектировании: • Количество и качество элементов в системе • Режим работы элементов • Стандартизация и унификация • Ремонтопригодность • Автоматическая диагностика 13
Факторы, влияющие на надежность системы б) при производстве: • Качество материалов и комплектующих изделий • Чистота рабочих мест, оборудования, рабочего помещения • Соблюдение технологии изготовления и сборки • Периодический контроль качества и надежности готовой продукции 14
Факторы, влияющие на надежность системы б) при эксплуатации: • Квалификация и ответственность обслуживающего персонала. • Соблюдение условий эксплуатации • Тщательно продуманная стратегия обслуживания (уход, контроль, профилактика). • Фактор времени (старение). 15
Оценка роли отдельных факторов 1. Ошибки проектировании 2. Ошибки производстве 3. Условия эксплуатации 4. Естественный износ и старение 40 -45% 20% 5 -7% 16
Пути повышения надёжности: 1. Устранение влияния факторов, приводящих к снижению надёжности. 2. Резервирование аппаратуры, многоверсионное проектирование и использование программных средств. 3. Сбор во время эксплуатации системы полных и достоверных данных о параметрах надежности. 17
Надежностный синтез и надежностное проектирование компьютерных систем Надежностный синтез – процесс создания, преобразования или дополнения системы с целью повышения ее надежности • используются модели проектирования системы из конкретной предметной области • итерационная процедура последовательного приближения к заданным надежностным характеристикам 18
Этапы надежностного синтеза 1. Составление технического задания – важно объективно оценить требуемый уровень надежности; 2. Разработка алгоритма выполнения функций – разные алгоритмы имеют разную надежность 3. Разработка структурной схемы системы при необходимости в структуру вводятся резервные, восстанавливающие, контролирующие элементы 19
Этапы надежностного синтеза 4. Выбор элементной базы – в зависимости от требований по надежности и имеющихся финансов 5. Разработка функциональных и принципиальных схем эквивалентные с точки зрения функций элементы и схемы имеют разную надежность 6. Разработка рабочей документации (рабочий проект) – необходимо разработать оптимальную конструкцию для ремонта, замены, обслуживания 20
Этапы надежностного синтеза 7. Изготовление опытного образца и доработка конструкции- надежность повышается за счет оптимизации проведения профилактических работ 8. Эксплуатация 21
Задачи надежностного проектирования 1. Обеспечение максимальной безотказности при заданных ограничениях на структуру устройства 2. Обеспечение заданной безотказности при минимальных затратах на надежность 22
Особенности надежностного проектирования 1) Аналитическая зависимость между характе- ристиками надежности и необходимой избыточностью аппаратных и программных средств для общего случая неизвестна 2) Для различных условий применения и эксплуатации необходимо максимизировать различные показатели надежности 3) Задачи надежностного проектирования распадаются на некоторое множество задач надежностного синтеза с различными методами решения 23
Скачать презентацию Проблема обеспечения надежности компьютерных систем и пути ее
Лекция 1 - Введение - 2014.ppt