Dependability systemów 7. Redundancja

7.1 Wprowadzenie
Rezerwa zimna
WWSIS - Dependability - 7. Redundancja
10.2018

Rezerwa gorąca
10.2018
WWSIS - Dependability - 7. Redundancja

10.2018
WWSIS - Dependability - 7. Redundancja

10.2018
WWSIS - Dependability - 7. Redundancja

Rezerwowanie (redundancja) – metody zwiększania niezawodności systemu poprzez uzupełniania systemu o dodatkowe zasoby (resursy) przejmujące funkcje i zadania uszkodzonych podstawowych zasobów (elementów)
System z rezerwowym układem
10.2018
WWSIS - Dependability - 7. Redundancja

10.2018
WWSIS - Dependability - 7. Redundancja

Rezerwa progowa
10.2018
WWSIS - Dependability - 7. Redundancja

Rezerwa funkcjonalna
10.2018
WWSIS - Dependability - 7. Redundancja

7.2 Rezerwa układowa / sprzętowa + klasyfikacja
Rezerwa układowa – metoda zwiększania niezawodności systemu (elementu) polega na tym, że do systemu (elementu) dołącza się określoną liczbę analogicznych systemów (elementów), które w przypadku uszkodzenia elementów podstawowych przejmują ich funkcje
10.2018
WWSIS - Dependability - 7. Redundancja

10.2018
WWSIS - Dependability - 7. Redundancja

10.2018
WWSIS - Dependability - 7. Redundancja

Przykład 7.1 Rezerwa aktywna – warunki stacjonarne
Przełącznik rzeczywisty – uszkodzenie przerywa pracę systemu
Układ * 2
Graf ST + tabelka * 2
10.2018
WWSIS - Dependability - 7. Redundancja

10.2018
WWSIS - Dependability - 7. Redundancja

10.2018
WWSIS - Dependability - 7. Redundancja

10.2018
WWSIS - Dependability - 7. Redundancja

Problem konserwatora
10.2018
WWSIS - Dependability - 7. Redundancja

Części zapasowe – 1)uzupełnić, 2)WWSIS 13.12.2018
10.2018
WWSIS - Dependability - 7. Redundancja

7.3 Redundancja w systemach komputerowych
Rodzaje redundancji w sieciach komputerowych:
Sprzętowa – zwielokrotnione urządzenia sieciowe, serwery, zasilanie, dyski
Połączenia – nadmiarowe łącza w celu zapewnienia alternatywnych tras przesyłania danych
Programowa – mechanizmy wspomagające proces powrotu sieci do normalnej pracy po uszkodzeniu
10.2018
WWSIS - Dependability - 7. Redundancja

7.3.1 Macierze dyskowe - RAID programowy
RAID - Redundant Array of Independent Disks
Wady kopii zapasowych powodują, że do składowanie danych stosowane są macierze dyskowe typu Zasada działania w systemie RAID polega na zapisywaniu danych na wielu dyskach, co zmniejsza ryzyko utraty danych ze względu na awarię dysku
Macierze RAID mogą być realizowane programowo (przez system operacyjny) lub sprzętowo (odpowiedni kontroler dysku)
10.2018
WWSIS - Dependability - 7. Redundancja

Macierze RAID - RAID 0
10.2018
WWSIS - Dependability - 7. Redundancja
RAID - minimum 2 dyski
dyski o tej samej pojemności i prędkości
bloki z danymi są zapisywane naprzemiennie na poszczególnych dyskach
łączna pojemność tego rodzaju macierzy jest wielokrotnością pojemności dysków składowych
RAID 0 zwiększa niemalże podwójnie szybkość operacji zapisu/odczytu macierzy kosztem bezpieczeństwa danych => utrata jednego napędu wiąże się z utratą całości danych.
Zalety:
zwiększona prędkość zapisu/odczytu (prawie podwójnie)
wykorzystanie całej pojemności dysku doi zapisu
Wady:
brak odporności na awarie dysku
łatwość utraty danych

10.2018
WWSIS - Dependability - 7. Redundancja

Zastosowania RAID 0:
zwiększenie szybkości operacji dyskowych w stacjach roboczych
obróbka dużych plików multimedialnych
dysk do przechowywania instalacji gier komputerowych
10.2018
WWSIS - Dependability - 7. Redundancja

Przykład 1 RAID 0
Trzy dyski: 160 GB, 500 GB i 80 GB zostały połączone w RAID 0. Powstała w ten sposób przestrzeń ma rozmiar taki jak N × rozmiar najmniejszego z dysków, czyli 3 × 80 GB = 240 GB. Szybkość jest ograniczona szybkością najwolniejszego dysku.
Przykład 2 RAID 0
Trzy dyski po 500 GB zostały połączone w RAID 0. Powstała przestrzeń ma rozmiar 1,5 TB. Szybkość zapisu i odczytu jest prawie trzykrotnie większa niż na pojedynczym dysku. Sumaryczna szybkość jest trzykrotnością szybkości najwolniejszego z dysków, gdyż kontroler RAID podczas zapisu/odczytu musi poczekać na najwolniejszy dysk. Stąd też sugeruje się stosowanie dysków o identycznej szybkości i pojemności.
10.2018
WWSIS - Dependability - 7. Redundancja

Macierze RAID – RAID 1
potrzebne są 2 dyski
każdy blok danych jest zapisywany jednocześnie w obydwu dyskach (replikacja)
RAID1 - pojemność najmniejszego dysku oraz prędkość zapisu/odczytu najwolniejszego => zabezpieczenie przed fizyczną awarią jednego z dysków macierzy
Zalety:
odporność na awarię pojedynczego dysku
Wady:
macierz ma pojemność najmniejszego dysku
prędkość operacji zapisu/odczytu jest na poziomie najwolniejszego dysku
10.2018
WWSIS - Dependability - 7. Redundancja

10.2018
WWSIS - Dependability - 7. Redundancja

Zastosowania:
miejsce pod instalację systemu operacyjnego serwera
kopie zapasowe
ważne dane
Przykład 1 RAID 1:
Trzy dyski po 250 GB zostały połączone w RAID 1.
Powstała przestrzeń ma rozmiar 250 GB.
Jeden lub dwa dyski w pewnym momencie ulegają uszkodzeniu. Cała macierz nadal działa.
10.2018
WWSIS - Dependability - 7. Redundancja

Macierze RAID – RAID 2, RAID 3 i RAID 4
Macierze oparte o trzy dyski;
na dwóch zapisuje się bity/bajty/sektory,
na trzecim kody korekcji błędów – „bity parzystości”
przestarzałe i nie stosuje się
10.2018
WWSIS - Dependability - 7. Redundancja

Macierze RAID – RAID 5 WWSIS 20.12.2018
potrzebne są minimum 3 dyski twarde (2 + 1)
macierz RAID 5 swoim działaniem zbliżona jest do macierzy RAID 4
=> zapisywanie sektorów danych + informacja o „błędach parzystości”
każda porcja danych posiada informację o błędzie na innym z dysków w macierzy.
macierz RAID 5 jest odporna na awarię dowolnego jednego dysku.
zalecany rodzaj macierzy, gdy potrzebujemy rozwiązania z pojedynczą parzystością i prędkością bliską RAID 0 dzięki stripingowi danych.
10.2018
WWSIS - Dependability - 7. Redundancja

10.2018
WWSIS - Dependability - 7. Redundancja

Zalety:
odporność na awarię jednego z dysków
wyższa prędkość zapisu/odczytu w porównianiu z RAID 1
tracona jest pojemność jednego dysku w macierzy
Wady:
niższa wydajność od RAID 0 spowodowana koniecznością wyliczania parzystości dla każdego bloku danych
Zastosowania:
storage dla baz danych
archiwizacja
magazyn danych dla aplikacji
10.2018
WWSIS - Dependability - 7. Redundancja

Przykład 1 RAID 5:
Pięć dysków po 250 GB zostaje połączonych w RAID 5.
Powstała w ten sposób przestrzeń ma rozmiar 250 × (5-1) GB = 1 TB.
Jeden dysk w pewnym momencie ulega uszkodzeniu. Cała macierz nadal działa. Po wymianie uszkodzonego dysku na nowy jego zawartość zostaje odtworzona.
10.2018
WWSIS - Dependability - 7. Redundancja

Macierze RAID – RAID 6
Zasada działania zbliżona do RAID 5
różnica: informacje o parzystości dla każdej porcji danych zapisywane są na dwóch różnych dyskach.
potrzebne są minimum 4 dyski twarde (2 + 2).
Dostępna pojemność dwóch z nich
Zalety:
odporność na awarię dwóch dysków
wyższa prędkość zapisu/odczytu w porównaniu z RAID 1
tracona jest pojemność dwóch dysków w macierzy
Wady:
niższa wydajność od RAID 0 spowodowana koniecznością wyliczania parzystości dla każdego bloku danych
10.2018
WWSIS - Dependability - 7. Redundancja

10.2018
WWSIS - Dependability - 7. Redundancja