CC BY
1
УДК 004.052.32
ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫХ КОМПЛЕКСОВ
ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ
М. А. Лихарев, О. Д. Стрелавина* Научный руководитель - В. А. Терсков
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
*Е-шаИ: strelavi@mail.ru
На основе модели надежности программного и аппаратного обеспечения проведено исследование зависимости надежности аппаратно-программного комплекса от количества версий его программного компонента.
Ключевые слова: мультиверсионное программирование, мультиверсионность, надежность аппаратно-программных комплексов, модель надежности.
INCREASING RELIABILITY OF INFORTMATION PROCESSING HARDWARE AND
SOFTWARE SYSTEMS
M. A. Likharev, O. D. Strelavina* Scientific supervisor - V. A. Terskov
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation
*Е-mail: strelavi@mail.ru
Article describes how hardware and software system's reliability depends on the number of its software component's versions. Research is based on the software and hardware reliability model.
Keywords: multiversion programming, N-version programming, hardware and software system reliability, reliability model.
Надежность для аппаратно - программных комплексов (АПК) обработки информации и управления, работающих в реальном масштабе времени, актуальна и является одним из главных критериев при оценке эффективности их работы. Основной способ повышения аппаратной надежности вычислительной системы заключается во введении избыточных компонентов ее архитектуры.
Избыточность элементов аппаратной части архитектуры АПК достигается резервированием процессорных элементов и шин интерфейса. Время от времени некоторые процессоры и шины выходят из строя. Пока они восстанавливаются, их работу на себя принимают резервные компоненты. Количество таких компонентов определяется на этапе проектирования и зависит от интенсивности отказов и времени, которое требуется вышедшим из строя компонентам на восстановление.
Для введения же программной избыточности простых копий уже недостаточно -необходимы разные версии одного и того же программного компонента, выполненные на различных языках программирования разными специалистами, но решающие одну и ту же задачу. Таким образом возникновение одного и того же сбоя в избыточных компонентах становится маловероятным. За счет сравнения конечных результатов работы разных версий
Секция «Информационно-управляющие системы»
можно обнаружить и устранить ошибку. Программную избыточность стараются применять только к наиболее критически важным компонентам, решающим сложные и объемные задачи, к ним, как правило, часто обращается пользователь или другие компоненты и их работа критически важна для всей системы в целом [1].
Программная избыточность в данной работе вводится с использованием метода N версионного программирования. Для данного метода модель надежности мультиверсионного программного компонента будет выглядеть следующим образом [2]:
К - количество версий программного компонента; Рц - вероятность безотказной работы
алгоритма голосования; РВ - вероятность безотказной работы версии k&Zij; I - программный компонент;] - уровень, на котором находится программный компонент.
Надежность программной части системы оценивается по среднему времени простоя (время, в течении которого система не может выполнять свои функции) ТИ и среднему времени до сбоя (время в течении которого система работает без сбоев) МТТР [3] По перечисленным параметрам вычисляется коэффициент готовности программной части системы ^ .
МТТБ
3 =
даГГР + ТК'
Для вычисления надежности аппаратно-программного комплекса Рр необходимо умножить коэффициент готовности 2 на вероятность безотказной работы аппаратной части , вычисляемой через вероятности состояний аппаратного обеспечения в установившемся режиме Ч1Л:.....1дги [4].
Мм41а1щ 13П1Ц4!
Рр = £ X йср.
N - количество типов процессоров; Щ. - количество процессоров каждого типа; -интенсивность отказов потоков процессора; 14 - время восстановления шин и процессоров /го типа; Ь - количество неисправных процессоров /-того типа в процессе восстановления; - минимальное требуемое для обеспечения заданной производительности количество исправных процессоров /-го типа; Мм-ы - минимальное требуемое для обеспечения заданной производительности количество исправных шин интерфейса.
На основе данной модели было проведено исследование зависимости надежности аппаратно-программного комплекса от безотказной работы как программных, так и аппаратных компонентов архитектуры АПК. Надежность 11 из 12 программных модулей равна 1, изначальная надежность оставшегося компонента - 0.65. Результаты исследования приведены в таблице 1, где первая строка указывает на соответствующий параметр
надежности АПК, а первый столбец - на количество версий компонента с изначально малой надежностью.
Таблица 1
Результаты исследования системы_
Среднее время простоя Среднее время до сбоя Коэффициент надежности АПК
1 29677 184836 0.57200
2 10450 197628 0.77220
3 3724 202105 0.84227
4 1370 203672 0.86679
5 546 204221 0.87538
Данные результаты наглядно подтверждают эффективность введения как аппаратной, так и программной избыточности для повышения коэффициента надежности АПК.
Стоит отметить, что при добавлении каждой последующей версии компонента производимый эффект снижается, а стоимость системы возрастает. Это говорит о том, что при введении программной избыточности необходимо определять целесообразность разработки новых версий для критически важных компонентов.
Библиографические ссылки
1. Тынченко В.В., Царев Р.Ю. К вопросу оценки надежности программного обеспечения с многоуровневой архитектурой // Современные проблемы науки и образования. - 2015. - № 2 (часть 1)
2. Новой А.В. Система анализа архитектурной надежности программного обеспечения.: дис. канд. техн. наук: Красноярск, 2011 - 131 с.
3. Русаков М.А. Многоэтапный анализ архитектурной надежности в сложных информационно-управляющих системах: дис. канд. техн. наук: Красноярск, 2005 - 168 с.
4. Ефимов С. Н., Терсков В. А. Реконфигурируемые вычислительные системы обработки информации и управления. Красноярск: КрИЖТ ИрГУПС, 2013. 249 с.
© Лихарев М. А., Стрелавина О. Д., 2021
