Способы восстановления вычислительного процесса и методы оценки их эффективности

• Автор: Де Ла Роса Ньевес Сауль
• Шифр специальности: 05.13.15
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 142 с. : ил

Введение.

1. Отказоустойчивость вычислительных систем.

1.1 Основные понятия отказоустойчивости вычислительных систем.

1.2 Обеспечение отказоустойчивости вычислительных систем к отказам и сбоям

2. Схемы отказоустойчивых вычислительных систем.

2.1 Схемы восстановления вычислительного процесса.

2.1.1 Схемы с дублированием вычислительного процесса

2.1.2 Схема с трехкратным резервированием задач.

2.2 Индексы производительности схем.

3. Метод анализа отказоустойчивых систем, использующих восстановление с дополнительными модулями.

3.1 Отказоустойчивые схемы, использующие восстановление с дополнительными модулями

3.2 Метод анализа отказоустойчивых схем восстановления с дополнительными модулями в мультипроцессорной среде.
3.2.1 Вычисление среднего времени выполнения задачи в
безресурсных конфликтах т5
3.2.2 Вычисление среднего времени выполнения задачи при наличии ресурсных конфликтов тс.
4. Имитационное моделирование схем восстановления с ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМИ МОДУЛЯМИ в мультипроцессорной среде.
4.1 Имитационное моделирование
4.2 Сравнение результатов аналитического и имитационного моделирования
4.2.1 Дисциплина Восстановления с откатом.
4.2.2 Дисциплина восстановления с ожиданием свободного дополнительного модуля
4.3 Использование метода анализа для поиска оптимальных условий
производительности схем в мультипроцессорной среде
5. Описание двух проектов по созданию отказоустойчивых бортовых ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ПРЕДНАЗНАЧЕННЫХ ДЛЯ СПУТНИКОВ ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ И МАЛОВЫСОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
5.1 Отказоустойчивые бортовые вычислительные машины, предназначенные для
спутников зондирования земли
5.1.2 Обеспечение отказоустойчивости бортовых вычислительных систем, предназначенных для спутника наблюдения земли
5.1.3 Вычисление параметров для обеспечения отказоустойчивости бортовых компьютеров, работающих по плюсдвухмодульной
5.2 Исследование технических решений и технологий по созданию программного обеспечения и вычислительных средств Бортовая радиолокационная станция
БРЛС маловысотиого полта МВП летательных аппаратов
Заключение
Приложение 1.
Приложение 2.
Списоклитердтуры
ВВЕДЕНИЕ
Диссертационная работа посвящена оценке производительности схем восстановления вычислительного процесса, использующих восстановление с дополнительными модулями при ограниченном количестве дополнительных модулей в системе.
Актуальность


Надежность — свойство системы сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих ее способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения [9]. Надежность отказоустойчивых вычислительных систем (ОВС) определяется, с одной стороны, уровнем отказов, сбоев и ошибок в их работе, с другой - возможностью быстрого восстановления работоспособности аппаратуры и вычислительного процесса в ОВС при возникновении отказов, сбоев и ошибок. Надежность зависит от назначения вычислительной системы и условий ее применения. Она представляет собой сочетание безотказности, ремонтопригодности, долговечности и сохраняемости []. Результатом отказов в ОВС являются систематические ошибки, приводящие к необходимости замены отказавших или использования резервных аппаратных (программных) средств. А результатом сбоев — случайные ошибки, вызывающие необходимость восстановления вычислительного процесса, но с использованием тех же средств. В классической теории надежности понятия «отказ» и «сбой» отличаются степенью физического разрушения элементов и необходимостью их ремонта или замены, причем, «сбой» устраняется «мгновенно», а отказ - «долго» []. Отказ — событие, заключающееся в нарушении работоспособности объекта. Как правило, отказ вызван физическим разрушением элемента ЭВМ или постепенным ухудшением ее характеристик. Сбои - это кратковременное самоустраняющееся нарушение нормального функционирования системы вследствие кратковременных воздействий на некоторый элемент внешних помех или других дестабилизирующих воздействий, а также из-за кратковременного изменения параметров элементов. После сбоя система длительное время может работать нормально. Сбой сопровождается искажением информации при операциях передачи, хранения и обработки. Однако если при отказе для восстановления работоспособности необходимо устранить неисправность в аппаратуре, то при сбое достаточно восстановить только достоверность информации. Для предупреждения неисправностей используется надежная элементная база, а также надежные средства проектирования. Однако, по мере приближения интенсивности отказов элементов к пороговым значениям, обусловленным физическими параметрами или технологией, стоимость системы резко возрастает. Применение данного подхода позволяет резко снизить интенсивность появления неисправностей, но вследствие чрезвычайно быстрого роста сложности элементов не помогает избежать всех неисправностей []. Цслыо обеспечения отказоустойчивости является возможность сохранения системой правильного функционирования при возникновении ошибок в ее программных и аппаратных компонентах []. Отказоустойчивыми называются системы, обеспечивающие автоматическое обнаружение ошибки, выявление се характера (случайная или постоянная), изоляцию неисправности и реконфигурацию системы или восстановление вычислительного процесса []. В основе отказоустойчивых систем лежит принцип избыточности, предполагающий использование той или иной избыточности (пространственной, временной, информационной, аппаратной, алгоритмической) [, , , , ]. Я, — параметр модели. Рис. График зависимости вероятности безотказной работы объекта от времени для экспоненциальной модели распределения. Экспоненциальная модель может быть использована тогда, когда интенсивность отказов величина постоянная. Для обычного радиоэлектронного прибора это условие реализуется примерно в период эксплуатации II, если исключить период приработки I и период интенсивного старения III (рис. Рис. График типичной зависимости интенсивности отказов от времени. С экспоненциатыюй моделью тесно связана модель Пуассона, позволяющая выразить вероятность РО, п) того, что на заданном интервале времени (0, ! Модель Пуассона основана на представлении о потоке случайных событий, называемого пуассоновским, если выполнены условия стационарности, ординарности и отсутствия последействия. В случае приближенных оценок часто используют экспоненциальную модель как наиболее удобную для аналитических преобразований. Эту модель рекомендуется применять при выполнении расчетов надежности в случае отсутствия других исходных данных для расчета, кроме интенсивности отказов X.