Структурная модель надежности

Структурная модель надежности в соответствии с рекомендациями и пояснениями ГОСТ Р 51 901.14—2005 является наглядным представлением модели надежности системы. Она показывает логическую связь компонентов в процессе работы системы [2].

Методы расчета на основе структурной модели надежности предназначены для систем без восстановления. Для восстанавливаемых систем структурные модели могут применяться при приближенной оценке надежности.

В структурной модели предполагается, что в любой момент времени элемент системы может находиться только в одном из двух возможных состояний: исправном или неисправном.

Методы расчета на основе структурной схемы надежности невосстанавливаемых систем ограничены предположением о независимости отказов различных элементов.

Для восстанавливаемых систем предположение о независимости отказов и восстановлений различных элементов сводится к тому, что имеется неограниченное восстановление, когда на каждый элемент может быть выделен отдельный ремонтник и ремонтники не мешают друг другу, в том числе на ограниченном пространстве: например, при замене нескольких элементов на одной плате. Таким образом, предполагается, что отказы и ремонт отдельных блоков являются статистически независимыми событиями. Такое предположение статистической независимости отказов и восстановлений позволяет использовать рассматриваемые модели для оценки не только вероятности безотказной работы невосстанавливаемых систем, но и приближенной оценки коэффициента готовности систем с восстановлением.

Структурная модель надежности (структура системы) — логическая схема взаимодействия элементов, определяющая работоспособность системы. Графическое отображение элементов системы однозначно определяет состояние системы (работоспособное/неработоспособное) по состоянию (работоспособное/неработоспособное) элементов.

По структуре системы могут быть:

• • без резервирования (основная система);
• • с резервированием.

При разработке структурной схемы надежности системы формулируется условие работоспособности (отказа).

При формулировании нескольких условий отказа структурная схема надежности представляется для каждого из них. При ее составлении процесс функционирования разделяется на блоки (по возможности число блоков должно быть минимальным) таким образом, чтобы каждый блок был независимым по отказам.

Схема надежности должна отображать возможные пути реализации функций, возложенных на систему. Пути, проходящие от входа до выхода, включают совокупность элементов (блоков), работоспособность которых обеспечивает функционирование системы.

Следует обратить внимание, что структура вычислительной системы может не совпадать со структурой ее модели надежности, и более того, для одной и той же вычислительной структуры структурная модель надежности может меняться в зависимости от формулировки условий работоспособности системы На рис. 4.1 иллюстрируется вариантность представления компьютерной системы, включающей т групп компьютеров (кластеров), каждая из которых включает п узлов (серверов), разными структурными моделями расчета надежности (структурные модели надежности), в зависимости от реализуемых задач, от функциональной однородности кластеров и функциональной однородности серверов, объединяемых в каждую группу (кластер).

Так, если имеется один кластер и он построен из одинаковых серверов, каждый из которых может выполнять любой запрос, а для обеспечения требуемого качества обслуживания достаточно работоспособности одного сер;

Рис. 4.1. Варианты представления структурной схемы надежности компьютерной системы

вера, то модель надежности сводится к параллельному соединению п элементов. Если для требуемого качества функционирования ресурсов одного сервера недостаточно, то модель надежности кластера представима схемой резервирования с дробной кратностью. Если все п серверов кластера отличаются по функциональному назначению и необходимо выполнение всех возможных типов функциональных запросов, то модель надежности кластера представима в виде последовательного соединения элементов. При объединении серверов в группы, если все пт серверов системы отличны по функциональному назначению (в этом случае все кластеры и все серверы в кластерах различны по функциональности) и при этом требуется выполнение системой любой функции, то структурная модель надежности системы кластеров представима в виде последовательного соединения пт элементов.

При комплектации каждого кластера п серверами разного функционального назначения, если функциональная комплектация всех т кластеров совпадает, то при условии, что любой запрос в системе может быть обслужен любым сервером, выполняющим запрашиваемую функцию, вне зависимости от того, в каком кластере он находится, модель надежности системы сводится к модели поэлементного резервирования.

Рассмотрим случай, когда происходит распределение т кластеров между т источниками запросов, при котором запросы от каждого источника обслуживаются в одном из кластеров. Если после потери полнофункциональности кластера из-за отказов его узлов запросы от ранее закрепленного за ним источника направляются на выполнение в другой кластер, который после этого обслуживает потоки от двух источников, то модель надежности системы с такой организацией функционирования сводится к модели общего резервирования. Эффективность рассматриваемой организации системы не обсуждается, при этом можно заметить, что работоспособные сервера кластеров, потерявших нолнофункциональность, могут быть загружены решением фоновых задач, не входящих в список требуемых функций, что приводит к снижению загрузки полнофункциональных кластеров.

Следует заметить, что на рис. 4.1 рассмотрено ограниченное число примеров построения структурных моделей вычислительных систем.