Redundantné systémy. Klasifikácia metód redundancie systémov

Klasifikácia metód zálohovania

ZVYŠOVANIE SPOĽAHLIVOSTI

REZERVÁCIA AKO METÓDA

Rezervácia- je to jeden z hlavných prostriedkov zabezpečenia danej úrovne spoľahlivosti (najmä spoľahlivosti) objektu s nedostatočne spoľahlivými prvkami.

Redundancia je použitie dodatočných prostriedkov a (alebo) schopností na zachovanie prevádzkového stavu objektu v prípade zlyhania jedného alebo viacerých prvkov. To. Je metóda zvyšovania spoľahlivosti objektu zavedením prepúšťanie... Na druhej strane, redundancia sú dodatočné prostriedky a (alebo) schopnosti, ktoré sú mimoriadne potrebné na to, aby objekt vykonával špecifikované funkcie. Úlohou zavedenia redundancie je zabezpečiť normálne fungovanie objektu po výskyte poruchy v jeho prvkoch.

Podľa typu rezervácie sa používa nasledujúca klasifikácia spôsobov rezervácie(obr.10.1).

Štrukturálne(hardvér, prvok, obvod) zabezpečuje použitie rezervných prvkov štruktúry objektu. Podstatou štrukturálnej redundancie je, že minimum požadovaná možnosť zavádzajú sa ďalšie prvky.

Prvky v štruktúrnom diagrame sú rozdelené na hlavný(prvok potrebný na to, aby objekt plnil požadované funkcie pri absencii porúch jeho prvkov a rezerva(prvok určený na vykonávanie funkcií hlavného prvku v prípade poruchy hlavného prvku). Definícia hlavného prvku nesúvisí s konceptom minimalizácie hlavnej štruktúry objektu, pretože prvok, ktorý je hlavným prvkom v niektorých režimoch prevádzky, môže v iných podmienkach slúžiť ako rezervný. Redundantný prvok - hlavný prvok, v prípade ktorého poruchy je v zariadení poskytnutý rezervný prvok.

Časová rezervácia spojené s využívaním rezervného času. V tomto prípade sa predpokladá, že čas potrebný na to, aby objekt vykonal potrebné práce, je zjavne väčší ako minimum potrebné. Časové rezervy je možné vytvárať zvýšením výkonu objektu, zotrvačnosťou jeho prvkov a pod. V prípade zariadení chemického inžinierstva sa tento typ redundancie implementuje pomocou nasledujúcich techník a operácií:

1) zvýšenie prevádzkových podmienok o predpokladanú prevádzkovú dobu potrebnú na splnenie stanoveného cieľa alebo na uvoľnenie daného množstva chemických produktov;

2) zariadenia a stroje sú vyvinuté pre vyššiu hodnotu produktivity, ako vyžaduje výpočet, a preto môžu objekty vykonávať úlohu v kratšom časovom období, ako je stanovené plánom;

3) zadanie do štruktúry technologickej schémy medzikontajnerov (zásobníkov a zásobníkov na akumuláciu produktu) medzi jednotlivými výrobnými zariadeniami. Táto technika vytvára podmienky, ktoré umožňujú pokračovať v prevádzke technologickej schémy, aj keď je časť zariadenia pred medzizásobníkom alebo násypkou zastavená. Podobnú funkciu plnia aj plynové nádrže, sklady atď.;

4) funkčná zotrvačnosť predmetov, napríklad tepelná zotrvačnosť pecí, spôsobená vložkami, zabraňuje rýchlemu poklesu teploty pece pri prerušení dodávky paliva. Zotrvačnosť objektov umožňuje v čo najkratšom čase eliminovať nehodu prepnutím procesu na nejaký rezervný objekt alebo vykonaním akýchkoľvek iných operácií.

Informačná rezervácia Je rezervácia využívajúca redundanciu informácií. Príklady rezervácie informácií sú viacnásobný prenos tej istej správy cez komunikačný kanál; používanie rôznych kódov pri prenose informácií prostredníctvom komunikačných kanálov, ktoré zisťujú a opravujú chyby, ktoré sa objavujú v dôsledku porúch zariadení a vplyvu rušenia; zavedenie nadbytočných informačných symbolov pri spracovaní, prenose a zobrazovaní informácií. Nadbytok informácií umožňuje kompenzovať skreslenia prenášaných informácií alebo ich eliminovať.

Funkčná redundancia- redundancia, pri ktorej je možné danú funkciu vykonávať rôznymi spôsobmi a technickými prostriedkami.

Napríklad na výrobu dielu sa používa skupina strojov, z ktorých každý môže vykonávať jednu zo sekvenčných operácií obrábania. V tomto prípade bude zavedenie univerzálneho alebo viacoperačného stroja do výrobnej linky funkčnou redundanciou. Ďalším príkladom je vytvorenie štrukturálne kombinovaných procesov prenosu reakcie a hmoty vyskytujúcich sa v jednom zariadení chemickej technológie. Funkčná redundancia zahŕňa aj redundanciu výroby (napríklad výroba produktov s vyššou triedou presnosti), ktorá sa často využíva na zabezpečenie a zlepšenie spoľahlivosti zariadení chemického inžinierstva. Zároveň sa vytvárajú podmienky pre zvýšenie spoľahlivosti a životnosti, pretože najskôr sa v procese prevádzky predmet opotrebuje na tradičnú triedu presnosti a potom nastáva obvyklý proces opotrebovania.

Naložiť(alebo režimová) redundancia - redundancia s využitím rezerv záťaže - zabezpečuje využitie schopnosti zariadenia vnímať dodatočné, alebo nadmerné záťaže. V chemickom inžinierstve sa realizuje zavedením bezpečnostných faktorov, znížením prípustných prevádzkových parametrov (tlak, otáčky).

Redundancia v chemickom priemysle je široko používaná na zvýšenie spoľahlivosti napájacích systémov (elektrina, teplo, voda), zálohujú sa zariadenia zabezpečujúce bezpečnosť procesu (na jednej vysokotlakovej nádrži je inštalovaných niekoľko poistných ventilov).

Ryža. 10.1 Klasifikácia metód zálohovania

Redundancia vám umožňuje vytvárať objekty, ktorých spoľahlivosť je vyššia ako spoľahlivosť ich základných prvkov, avšak možnosti využitia redundancie sú obmedzené z dôvodu nárastu masovej a výrobnej plochy systému a z dôvodu nárastu v nákladoch na jednotku produktu v porovnaní s neredundantnými. To vedie k problému výberu optimálneho spôsobu redundancie a optimálneho počtu náhradných prvkov.

Je to zaujímavé pre analýzu štrukturálnej spoľahlivosti technických systémov štrukturálna redundancia- zavedenie do štruktúry objektu dodatočných prvkov, ktoré plnia funkcie hlavných prvkov v prípade ich poruchy.

Klasifikácia rôzne cestyštrukturálna redundancia sa vykonáva podľa nasledujúcich kritérií:

1) podľa schémy zapnutia rezervy :

- všeobecný rezervácia, v ktorej je rezervovaný objekt ako celok;

- oddelené redundancia v ktorej jednotlivé prvky alebo ich skupiny;

- zmiešané rezervácia, pri ktorej sa v jednom objekte kombinujú rôzne druhy rezervácie;

2) spôsobom zapínania rezervy :

- trvalé redundancia, bez prestavby štruktúry objektu v prípade poruchy jeho prvku;

- dynamický redundancia, pri ktorej pri poruche prvku dochádza k prestavbe štruktúry obvodu. Na druhej strane dynamika rozdelené na a:

a) redundancia výmenou, pri ktorej sa funkcie hlavného prvku prenesú do zálohy až po zlyhaní hlavného;

b) posuvná redundancia, pri ktorej je niekoľko hlavných prvkov zálohovaných jedným alebo viacerými rezervnými prvkami, z ktorých každý môže nahradiť ktorýkoľvek hlavný (tieto skupiny hlavných a rezervných prvkov sú identické).

3) podľa režimu prevádzky rezervy :

Zaťažená redundancia, v ktorej sú redundantné prvky (alebo jeden z nich) v režime primárneho prvku;

Ľahká redundancia, v ktorej sú záložné prvky (aspoň jeden z nich) v menej zaťaženom režime v porovnaní s hlavnými;

Nezaťažená redundancia, v ktorej sú záložné prvky v režime bez záťaže predtým, ako začnú vykonávať svoje funkcie.

4) podľa podmienok obnovenia pracovnej schopnosti počas prevádzky:

Redundancia s obnovou;

Zálohovanie bez obnovy.

Hlavnou charakteristikou štrukturálnej redundancie je pomer redundancie - pomer počtu rezervných prvkov k počtu nadbytočných (hlavných) prvkov. Rezervácia môže byť s celočíselnou a zlomkovou násobnosťou (napríklad 2: 3; 4: 2 atď.).

Redundancia jedného hlavného prvku s jednou rezervou (t. j. s násobnosťou 1:1) sa nazýva duplicita.

V prípade redundancie s čiastkovou násobnosťou je možná normálna prevádzka redundantného spojenia za predpokladu, že počet prevádzkyschopných prvkov nie je menší ako počet požadovaný pre normálnu prevádzku. V prípade redundancie s frakčnou multiplicitou pripadá jeden rezervný prvok systému na dva alebo viac hlavných prvkov. Rezervácia s zlomkovým násobkom zahŕňa aj rezerváciu s posuvnou (plávajúcou) rezervou.

V chemickom inžinierstve sa spoľahlivosť neobnoviteľných redundantných zariadení a technologických liniek spravidla zvyšuje v dôsledku:

- všeobecná a samostatná redundancia s trvalo zahrnutou rezervou;

- všeobecná a samostatná redundancia prostredníctvom nahradenia;

- redundancia systému s posuvnou (plávajúcou) rezervou.

Použitie tohto typu štrukturálnej redundancie ako posuvné je možné len vtedy, ak existuje špeciálne diagnostické zariadenie, ktoré vám umožní nájsť chybný prvok a namiesto toho pripojiť záložný. V tomto prípade musia byť záložné prvky rovnakého typu. Tento typ redundancie však poskytuje najväčší zisk zo spoľahlivosti.

Kvantitatívne možno zvýšenie spoľahlivosti systému v dôsledku redundancie alebo použitia vysoko spoľahlivých prvkov odhadnúť pomocou zisku spoľahlivosti, definovaného ako pomer ukazovateľa spoľahlivosti pred a po transformácii systému.

Štrukturálny diagram rezervnej skupiny, pozostávajúcej z jednej hlavnej a m záložné prvky je znázornené na obr. 20.3.3.1.

Ryža. 10.2. Bloková schéma systému z jednej hlavnej a m záložné prvky

Ak je daný systém s trvalo zapnutou rezervou, pozostávajúci z dvoch paralelných ovládacích prvkov (obr.10.2, m= 1) s pravdepodobnosťou bezporuchovej prevádzky hlavného prvku R 1, rezerva - R 2, potom je pravdepodobnosť bezporuchovej prevádzky takéhoto systému

P(t) = 1 – (1 – p 1 (t)) (1 – p 2 (t))

V prípade rovnako spoľahlivých prvkov:

P(t) = 1 – (1 – p 1 (t)) 2 = 2R 1 – R 1 2 = R 1 (2 – R 1). (10.1)

Pre exponenciálne rozdelenie porúch každého z dvoch paralelných prevádzkových prvkov p 1 (t) = p 2 (t) = exp (–l t) pri zohľadnení (10.1) je pravdepodobnosť bezporuchovej prevádzky systému definovaná ako P(t) = 2e- l t – e-2 l t.

Pretože MTBF jedného neredundantného prvku je:

stredná doba prevádzkyschopnosti systému bude:

Potom sa zvýši spoľahlivosť systému. pozostávajúce z dvoch paralelných pracovných prvkov sa v porovnaní s jedným neredundantným prvkom rovná:

Pravdepodobnosť bezporuchovej prevádzky systému pozostávajúceho z jedného hlavného a m rezerva neekvidistantných prvkov (obrázok 10.2) je určená vzorcom:

V prípade rovnako spoľahlivých prvkov bude mať tento vzorec formu:

Pre exponenciálne rozdelenie pravdepodobnosti bezporuchovej prevádzky prvkov, t.j. p(t) = e- l t, dostaneme:

Pre malých t existuje jednoduchá spodná hranica:

kde i- poruchovosť i prvok.

S rovnakými prvkami má predchádzajúci vzorec tvar:

Zvýšenie spoľahlivosti W T(2) v čase bezporuchovej prevádzky systému, ktorý pozostáva z ( m+ 1) rovnako spoľahlivé prvky pracujúce paralelne, v porovnaní so stredným časom bezporuchovej prevádzky jedného neredundantného prvku, za predpokladu, že zákon pravdepodobnosti bezporuchovej prevádzky každého prvku je exponenciálny, sa rovná:

Priemerný čas do zlyhania systému T(Obr.10.2) vo všeobecnom prípade možno nájsť iba numerickou integráciou podľa vzorca

Pre identické prvky stredný čas do poruchy s pravdepodobnosťou bezporuchovej prevádzky prvkov R(t) = exp (–l t) daný je definovaný ako:

Pre veľké hodnoty m :

10.2.1 Podľa schémy zapnutia rezervy pri všeobecná výhrada objekt ako celok je rezervovaný. o samostatná rezervácia vyhradené sú jednotlivé prvky (subsystémy) objektu alebo ich skupiny.

Príkladom všeobecnej redundancie (obr. 10.3, a) sú pohotovostné technologické linky alebo jednotky s veľkou jednotkovou kapacitou. V prípade samostatnej rezervácie (obr. 10.3, b) sú rezervované jednotlivé prvky objektu.

Ryža. 10.3. Schémy redundancie pre systém pozostávajúci z n hlavné prvky: a) všeobecná redundancia s trvalo zaradenou rezervou (počet rezervných okruhov m= 1); b) oddelená (prvok po prvku) duplikácia s trvalo zahrnutou rezervou

Pre systém s sériové pripojenie n prvkov so všeobecnou redundanciou (duplikáciou) (obrázok 10.3, a), pravdepodobnosť bezporuchovej prevádzky sa rovná:

So samostatnou redundanciou (duplikáciou) (obrázok 10.3, b):

Prírastok spoľahlivosti systému z hľadiska pravdepodobnosti bezporuchovej prevádzky je v týchto dvoch prípadoch rovnaký:

Z toho vyplýva, že oddelená redundancia je efektívnejšia ako všeobecná redundancia: napríklad pre systém troch rovnakých prvkov ( n= 3) pre R = 0,9 R = 0,9 3 = 0,729; R (1) = 0,729(2 – 0,729) = 0,9266, R(2) = 0,729 (2 - 0,9) = 0,9703. potom: G p (1) = 1,27; G p (2) =1,33.

Oddelená redundancia, pričom všetky ostatné veci sú rovnaké, poskytuje väčší zisk zo spoľahlivosti ako všeobecná redundancia. Oddelená redundancia je výhodná najmä vtedy, keď je v systéme veľký počet prvkov a keď je zvýšená miera redundancie.

Pravdepodobnosť zlyhania systému pozostávajúceho z n prvky (jeden hlavný a ( n- 1) záloha), bez zohľadnenia spoľahlivosti prepínačov sa vypočíta podľa vzorca

Systém sériového pripojenia n prvky so zdieľanou redundanciou ( m záložné obvody) budú fungovať normálne pri zachovaní prevádzkyschopnosti aspoň jedného z nich.

Pre všeobecnú schému redundancie s trvalo zapnutou rezervou je pravdepodobnosť bezporuchovej prevádzky systému (obrázok 10.4), FBG rovná (prvky sú rovnako spoľahlivé, pravdepodobnosť bezporuchovej prevádzky každého prvku je p(t)):

Zasa bezproblémová prevádzka i- reťazec ( i = 1, ..., m) bude prebiehať počas bezproblémovej prevádzky každého z n prvkov. potom:

Tu: p ij- pravdepodobnosť bezporuchovej prevádzky j prvok i- reťazec ( j = 1, ..., n); n- počet zapojených prvkov obvodu v sérii.

Ryža. 10.4. Bloková schéma zdieľaného redundantného, ​​stále zapnutého redundantného systému s reťazovým pripojením n prvkov

Pre prípad, keď sú všetky prvky rovnako spoľahlivé (s pravdepodobnosťou bezporuchovej prevádzky rovnajúcou sa R), pravdepodobnosť bezporuchovej prevádzky hlavného systému od n prvkov (náhodné a nezávislé poruchy) sa rovná:.

Následne sa zvyšuje pravdepodobnosť zlyhania celého systému, pozostávajúceho z jedného hlavného a m záložné systémy sa budú rovnať:

Potom je pravdepodobnosť bezporuchovej prevádzky systému so zdieľanou redundanciou:

Ak je poruchovosť konštantná, t.j. R(t) = exp(-L t), potom pomocou (10.5) môžeme nájsť zisk spoľahlivosti W T(3) do strednej doby bezporuchovej prevádzky počas prevádzky systému pozostávajúceho z ( m+ 1) redundantné systémy pracujúce paralelne (obrázok 10.4) v porovnaní so strednou dobou prevádzky neredundantného systému:

Zvýšenie spoľahlivosti W T(4) do strednej doby bezporuchovej prevádzky počas prevádzky systému pozostávajúceho z ( m+ 1) paralelne fungujúce záložné systémy (obr.10.4) v porovnaní s priemernou dobou prevádzky jedného prvku:

Zvážte prípad systému s oddelená redundancia s neustále zahrnutou rezervou za predpokladu, že všetky prvky sú rovnako spoľahlivé s pravdepodobnosťou bezporuchovej prevádzky p(t) (obr.10.5).

Ryža. 10.5. Bloková schéma rozdelenej redundancie so systémom Always On Redundancy s Daisy Chain n prvkov

Pre systém s oddelenou redundanciou možno pomocou vzorca (10.14) určiť pravdepodobnosti bezporuchovej prevádzky jednotlivých redundantných prvkov. Potom je celková pravdepodobnosť bezporuchovej prevádzky rozdeleného redundantného systému určená vzorcom:

V prípade, že sú všetky prvky rovnako spoľahlivé, pravdepodobnosť bezporuchovej prevádzky systému s oddelenou redundanciou je:

Zvýšenie spoľahlivosti z hľadiska strednej doby prevádzkyschopnosti, keď je v prevádzke redundantný systém, v porovnaní so strednou dobou prevádzky hlavného systému podľa zákona o exponenciálnej distribúcii:

10.2.2 Spôsobom zapnutia zálohy. Redundantné prvky je možné neustále zapínať po celú dobu prevádzky - uplatniť trvalú redundanciu (redundancia s trvalo zapnutou rezervou bez spínania) alebo len v prípade výpadku hlavných - redundancia výmenou.

Pri konštantnej redundancii sú záložné prvky počas celej doby prevádzky spojené s hlavnými a sú s nimi v rovnakom prevádzkovom režime. Nepretržité zapínanie rezervy je jediné možné v systémoch, kde je neprípustné aj krátke prerušenie prevádzky (napríklad v riadiacich systémoch technologických procesov). Hoci sa vyznačuje jednoduchosťou (žiadne spínače a krátkodobé prerušenia prevádzky zariadení), hlavnou nevýhodou trvalej redundancie je zvýšená spotreba zdrojov rezervných prvkov. Týmto spôsobom sa zvyčajne zálohujú čerpadlá, filtre atď.

Ak nie je možné aplikovať stálu paralelnú prevádzku zariadení v chemickom inžinierstve, potom je potrebné použiť náhradná rezervácia („Striedanie s vyloženou rezervou“). Náhrada sa vykonáva automaticky alebo manuálne.

V prípade redundancie substitúciou (alebo „náhrada s nezaťaženou rezervou“) je systém navrhnutý tak, aby pri poruche prvku došlo k jeho prestavbe a obnoveniu prevádzkyschopnosti výmenou chybného prvku za rezervný. V tomto prípade nie je potrebné nastavenie v čase zapnutia záložného prvku; Záložné zariadenie môže byť pred uvedením do prevádzky v „teplom“ alebo „studenom“ stave – tým sa zachovávajú zdroje spoľahlivosti každého zo zariadení a zvyšuje sa celková spoľahlivosť celého systému. V prípade rovnakého typu prvkov je možné použiť niekoľko rezerv (alebo jeden) na výmenu hlavných prvkov v prípade poruchy.

Rolling redundancy je náhradná rezervácia, v ktorej je skupina primárnych prvkov zálohovaná jedným alebo viacerými redundantnými prvkami, z ktorých každý môže nahradiť ktorýkoľvek z neúspešných prvkov tejto skupiny.

Posuvná redundancia sa používa na rezervovanie niekoľkých rovnakých alebo zameniteľných prvkov systému s jedným alebo viacerými redundantnými a redundanciu je možné načítať aj odobrať. Systém zlyhá, ak počet zlyhaných primárnych prvkov prekročí počet nadbytočných. Pomocou posuvnej (plávajúcej) rezervy môže ktorýkoľvek z rezervných prvkov nahradiť ktorýkoľvek hlavný prvok systému (napríklad chladničky, čerpadlá). Posuvná rezerva dáva najväčší zisk pri zvyšovaní spoľahlivosti, ale jej významnou nevýhodou je, že je možná len pre prvky rovnakého typu (subsystémy).

Schéma posuvnej redundancie v monoetanolamínovej čistiacej jednotke je znázornená na obrázku 10.6.

Ryža. 10.6. Schéma posuvnej redundancie v čistiacej jednotke monoetanolamínu:

1 - absorbér; 2, 3 - čerpadlá; 4 - regeneračná jednotka; 5 - pohotovostné čerpadlo

Pri zaťaženej posuvnej redundancii s ideálnymi spínačmi je výpočet spoľahlivosti systému podobný výpočtu systému typu " m od n". Ak je poruchovosť hlavného a záložného prvku konštantná a rovnaká, potom pravdepodobnosť bezporuchovej prevádzky systému, pozostávajúca z n hlavný a m rezervné prvky v režime nabitej rezervy možno určiť podľa vzorca:

Ak sa pravdepodobnosť bezporuchovej prevádzky prvkov riadi exponenciálnym zákonom, potom je možné vypočítať aj stredný čas medzi poruchami systému:

V prípade nezaťaženej posuvnej redundancie sú vo všeobecnom prípade charakteristiky spoľahlivosti systému vyjadrené zložitými vzorcami. Ak je však poruchovosť hlavného a záložného prvku konštantná a rovnaká, t. j. pravdepodobnosť bezporuchovej prevádzky prvkov sa riadi exponenciálnym zákonom, potom pravdepodobnosť bezporuchovej prevádzky systému pozostávajúceho z n hlavný a m rezervné prvky v režime nezaťaženej zálohy možno určiť podľa Poissonovho vzorca:

Keďže pri nezaťaženej posuvnej redundancii je celková poruchovosť n a systém zlyhá v momente zlyhania ( m+ 1) prvok, stredný čas medzi poruchami systému:

10.2.3 Podľa spôsobu prevádzky rezervy. Výpočet systémov so zaťaženou redundanciou sa vykonáva podľa vzorcov sekvenčných a paralelné pripojenie prvkov. V tomto prípade sa uvažuje, že k zlyhaniu záložnej skupiny pozostávajúcej z hlavného a záložného prvku dôjde pri zlyhaní jej posledného prvku a záložné prvky pracujú v hlavnom režime pred aj po ich zlyhaní, preto spoľahlivosť záložných prvkov nezávisí od okamihu ich poruchy.prechod z pohotovostného do hlavného stavu.

Pri zálohovaní výmenou sú možné tri typy prevádzkových stavov záložných prvkov až do ich uvedenia do prevádzky:

a) nabitá (horúca) rezerva ... Vonkajšie podmienky rezervy sa úplne zhodujú s podmienkami, v ktorých sa nachádza pracovný aparát. Záložné prvky pracujú v rovnakom režime ako hlavný prvok, ich spoľahlivosť (pravdepodobnosť bezporuchovej prevádzky) nezávisí od okamihu, kedy boli zapnuté namiesto hlavného. V tomto prípade sa zdroj rezervných prvkov objektu začne spotrebovať od okamihu zapnutia celého systému;

b) nezaťažená (studená) rezerva ... Záložné prvky sú vypnuté a podľa stavu (kým nie sú zapnuté namiesto hlavného) nemôžu zlyhať. Vonkajšie podmienky, v ktorých sa rezerva nachádza, sú o toľko jednoduchšie ako pracovníci, že prakticky záložné prvky začnú spotrebúvať svoje zdroje až od momentu, keď sú uvedené do prevádzky namiesto zlyhaného prvku.

v) svetlá (teplá) rezerva ... Vonkajšie podmienky ovplyvňujúce zariadenie pred jeho uvedením do prevádzky sú ľahké. Záložné prvky sú v svetelnom režime až do ich zapnutia na miesto hlavného. Počas čakania v zálohe môžu zlyhať, ale s pravdepodobnosťou menšou ako je pravdepodobnosť zlyhania hlavného prvku (záloha je v ľahších podmienkach ako hlavný prvok).

MTBF systém s m- násobok celkovej nabitej rezervy možno zistiť z výrazu:

V prípade exponenciálneho zákona spoľahlivosti prvkov dostaneme:

kde L = 1 / T O Je poruchovosť obvodu.

Po integrácii znázorníme (10.27) v tvare konečného rozdielu:.

Postupné dosadzovanie do tejto rovnice m= 1, 2, 3, ..., dostaneme:

Keď redundancia nie je zaťažená substitúciou, rezervné prvky sú zaradené do prevádzky, keď zlyhá hlavný, potom prvý rezervný atď., Preto spoľahlivosť prvkov v každom časovom okamihu závisí od okamihu ich prechodu z pohotovostný stav na hlavný. V tomto prípade sa má za to, že k výmene chybného prvku za rezervný dôjde okamžite, k zlyhaniu systému dôjde, keď zlyhá posledný prvok. V nefunkčnom stave nemôže prvok zlyhať a jeho spoľahlivosť sa nemení.

Nezaťažená redundancia je bežná, pretože je podobná výmene zlyhaných prvkov (častí, zostáv, zostáv) za náhradné.

Existujú štyri hlavné spôsoby, ako zlepšiť spoľahlivosť zložitých systémov a jednotlivých objektov:

1) zvýšenie spoľahlivosti prvkov systému. Toto je zvyčajný a jednoduchý spôsob, ale na jeho použitie potrebujete spoľahlivejšie komponenty. Ale aj keď sú dostupné, vždy sú oveľa drahšie ako predchádzajúce a je potrebná ekonomická kalkulácia;

2) konštruktívne opatrenia na zlepšenie spoľahlivosti (napríklad tlmenie možných vibrácií, prechod zo staticky neurčitej štruktúry na staticky určitú, všetky druhy ochranných náterov tvrdokovom, polymérmi atď.). Táto cesta je spojená s technológiou strojárstva a môže byť aj predmetom špeciálneho štúdia z teórie spoľahlivosti;

3) radikálna zmena princípu fungovania systému na tento účel. Súvisí s tvorbou Nová technológia, ide o kvalitatívny skok vo vývoji tohto odvetvia – vzniká z ekonomickej neúčelnosti doterajších inžinierskych riešení.

4) zavedenie rôznych typov redundancie.

Nadbytok- ide o dodatočné nástroje a schopnosti, ktoré presahujú minimum potrebné na to, aby objekt vykonával špecifikované funkcie

Spôsob zvýšenia spoľahlivosti objektu zavedením redundancie je rezervácia.

Je ich viacero metódy zvýšenie spoľahlivosti vďaka redundancii. Rozlišujte nadbytočnosť:

Štrukturálne (redundancia v štruktúre - v počte prvkov systému);

Režim (redundancia v prevádzkových režimoch - v počte prvkov systému);

dočasné,

funkčné,

Informácie

A množstvo ďalších.

Najväčší záujem je o štrukturálnu alebo obvodovú redundanciu, ktorá zahŕňa použitie redundantných prvkov štruktúry objektu.

1) Spôsobmi redundancia môže byť zdieľaná alebo oddelená (obrázok 6.1).

Obrázok 6.1 - Klasifikácia metód zálohovania

1.1) generál redundancia – zálohuje sa celý objekt, zariadenie alebo systém ako celok (obrázok 6.2):

Obrázok 6.2 - Všeobecná redundancia

1.2) Samostatné redundancia - jednotlivé prvky systému sú vyhradené (obrázok 6.3). Oddelená redundancia je výhodná pri veľkom počte zariadení a zvyšovaní frekvencie.

Obrázok 6.3 - Delená redundancia

Mnohonásobnosť redundancie nazývaný pomer počtu rezervných prvkov k počtu hlavných prvkov objektu.

2) Rozlišujte medzi redundanciou s celočíselnou a zlomkovou násobnosťou:

2.1) celočíselná redundancia sa nazýva redundancia, pri ktorej na normálnu prevádzku stačí pripojenie na to, aby bolo funkčné aspoň jedno zariadenie (to znamená, že hlavnému čerpadlu je priradené jedno alebo viac redundantných zariadení);

Obrázok 6.4 - Rezervácia s celočíselnou násobnosťou

2.2) frakčná redundancia Toto sa nazýva redundancia, pri ktorej môže byť chybné iba jedno zariadenie pre normálnu prevádzku pripojenia (to znamená, že existuje iba jeden pohotovostný režim pre niekoľko čerpadiel).

Obrázok 6.5 - Čiastočná redundancia

Násobné číslo rezervácie:

kde m je celkový počet prvkov v skupine;

r je počet prvkov potrebných na normálnu prevádzku systému.

Napríklad analyzujme obvody (obrázok 6.6).

Obrázok 6.6 - Schémy s redundanciou

Podľa schémy na obrázku 6.6 a máme duplicitné a násobné číslo

Celočíselná násobnosť.

Diagram na obrázku 8.6, b znázorňuje diagram s násobnosťou

Celočíselná násobnosť.

Diagram na obrázku 8.6, c znázorňuje systém "2 z 3".

Zlomková multiplicita.

3.1) Kedy trvalá rezervácia záložné zariadenia sú počas celej doby prevádzky pripojené k hlavným a pracujú súčasne s nimi.

3.2) Kedy rezervácia výmenou záložné zariadenia nahrádzajú hlavné po ich poruche.

4) Sú tri typ štruktúrovanej rezervácie: nabitá rezerva, ľahká rezerva, nezaťažená rezerva.

4.1) Nabitá rezerva- taká rezerva, kedy záložné prvky pracujú v rovnakom režime zaťaženia ako hlavný prvok, t.j. hlavný a rezervný prvok strácajú spoľahlivosť rovnakým tempom.

4.1) Ľahká rezerva- taká rezerva, keď prvky pracujú v slabšom režime zaťaženia ako hlavný prvok, t.j. redundantné prvky strácajú svoju spoľahlivosť pomalšie v porovnaní s hlavným prvkom.

4.1) Vyložená rezerva- keď záložný prvok prakticky nenesie žiadnu záťaž a jeho spoľahlivosť vôbec neklesá. Ide o náhradné diely skladom.

Obrázok 6.7 skúma spoľahlivosť so zaťaženými, ľahkými a nezaťaženými zálohami pre systém 1 hlavného prvku a 1 pohotovostného režimu.

Obrázok 6.7 - Typy redundancie

Nabitá rezerva (obrázok 6.7a). O 0< t < t 0 функционируют оба элемента и их надежность падает одинаково. После отказа при t >t 0 prvý už nefunguje a druhý pokračuje v práci s rovnakou spoľahlivosťou pozdĺž rovnakej krivky.

Ľahká rezerva (obrázok 6.7b). O 0< t < t 0 функционируют оба, но основной (кривая 1) теряет надежность быстрее, чем второй (кривая 2) при пониженной нагрузке. При t >t 0 2. prvok pracuje pri plnom zaťažení, jeho spoľahlivosť klesá pozdĺž krivky 2.

Nezaťažená rezerva (obrázok 6.7c). O 0< t < t 0 работает только 1-й элемент (кривая 1), а при t >t 0 len druhá (krivka 2), ale nezačína od t = 0, ale od t = t 0.

Spoľahlivosť ľahkej zálohy je teda vyššia ako zaťaženej a nezaťaženej je vyššia ako ľahkej.

Prednáška 6

Téma: Štrukturálna redundancia a jej typy

Plán

1. Klasifikácia štrukturálnej redundancie, základné definície.

2. Hlavné schémy na výpočet spoľahlivosti metódou zapínania rezervných prvkov: konštantné, oddelené, výmenné, posuvné.

3. Typy záložných prvkov a režimy prevádzky s naloženými, ľahkými a nezaťaženými zálohami.

4. Usporiadanie a logický diagram štrukturálnej redundancie komplexného systému.

5. Organizácia zálohy na úrovni prvkov, zariadení a systémov IS.

Kľúčové slová

Redundancia, redundancia, výpočtová schéma, digitálne zariadenie, trvalá redundancia, oddelená redundancia, náhradná redundancia, zaťažená rezerva, nezaťažená rezerva, režimy činnosti, posuvná rezerva, spínací obvod, spoľahlivosť, spoľahlivosť.

Redundancia je metóda zvyšovania spoľahlivosti objektu zavedením redundancie. Úlohou zavedenia redundancie je zabezpečiť normálne fungovanie systému po výskyte porúch v jeho prvkoch.

Rezervácia môže byť štrukturálna, informačná, dočasná, programová. Rezervácia informácií zabezpečuje použitie nadbytočných informácií. Dočasná rezervácia– využitie prebytočného času. Redundancia softvéru – nadbytočné programy.

Štrukturálna redundancia spočíva v tom, že do minimálnej požadovanej verzie systému sú zavedené ďalšie prvky a zariadenia, ktorých prvky sa nazývajú základné, alebo namiesto jedného systému sa počíta s použitím viacerých rovnakých systémov. Zároveň redundantné redundantné konštrukčné prvky preberajú výkon pracovných funkcií v prípade zlyhania hlavných prvkov.

Uvedené typy redundancie je možné aplikovať buď na systém ako celok, alebo na jeho jednotlivé prvky alebo ich skupiny.

V praxi sa rozšírila štrukturálna redundancia (obr. 1).

Ryža. 1. Metódy zálohovania COP

Podľa schémy zapínania rezervných prvkov existujú trvalá, oddelená redundancia, redundancia s výmenou a posuvná redundancia.

Trvalá redundancia - ide o takú rezerváciu, pri ktorej sa náhradné zložky podieľajú na prevádzke zariadenia rovnocenne s hlavnými (obr. 2).

Pre trvalú redundanciu v prípade poruchy hlavného prvku nie sú potrebné žiadne špeciálne zariadenia na aktiváciu rezervného prvku, pretože sa uvádza do prevádzky súčasne s hlavnými.

Hlavným parametrom rezervácie je jej mnohosť(stupeň redundancie). Pod číslom redundanciemrozumie sa pomer počtu rezervných objektov k počtu rezervovaných (hlavných) objektov.

Samostatná redundancia nazýva sa metóda zvyšovania spoľahlivosti, pri ktorej sú rezervované jednotlivé časti objektu (obr. 2.3).

Ryža. 2. Všeobecná nadbytočnosť a trvalé zaradenie rezervy s trvalým zaradením rezervy.

Ryža. 3. Samostatná redundancia s vždy zapnutou rezervou

Rezervácia výmenou - ide o redundanciu, pri ktorej sa funkcie hlavného prvku prenesú do zálohy až po výpadku hlavného (obr. 4 a, b). Pri použití redundancie výmenou sú potrebné monitorovacie a spínacie zariadenia, ktoré zistia poruchu hlavného prvku a prepnú ho z hlavného na záložný.

Ryža. 4. a) Všeobecná nadbytočnosť so zahrnutím rezervy náhradou.

b) Samostatná redundancia so zahrnutím rezervy náhradou.

Rolujúca rezervácia - Ide o redundanciu nahradením, pri ktorej je skupina hlavných prvkov objektu zálohovaná jedným alebo viacerými nadbytočnými, z ktorých každý môže nahradiť akýkoľvek neúspešný prvok v tejto skupine.

Posuvná redundancia je vždy aktívna, vždy je k dispozícii spínacie zariadenie, ktoré zistí prítomnosť poruchy a zapne redundantný prvok (obr. 5).

Ryža. 5. Schéma priebežnej rezervácie

Typy záložných prvkov v závislosti od prevádzkového režimu

V závislosti od prevádzkového režimu sa rozlišuje medzi:

Nabitá rezerva - záložný prvok je v rovnakom prevádzkovom režime ako hlavný. Zároveň sa predpokladá, že charakteristiky spoľahlivosti záložných prvkov počas doby ich zotrvania ako zálohy a počas doby používania namiesto hlavných po zlyhaní záložných prvkov zostanú nezmenené.

Ľahká rezerva - záložný prvok je v menej zaťaženom režime ako hlavný. Predpokladá sa, že charakteristiky spoľahlivosti záložných prvkov počas obdobia ich pobytu ako záložných sú vyššie ako počas obdobia ich používania namiesto hlavných po zlyhaní záložných prvkov.

Vyložená rezerva - rezervný prvok prakticky nenesie zaťaženie. Takýto rezervný prvok, ktorý je v zálohe, by nemal zlyhať, t.j. má v tomto období ideálnu spoľahlivosť. Počas obdobia používania tohto prvku namiesto hlavného po jeho zlyhaní sa spoľahlivosť rovná spoľahlivosti hlavného.

Rozlišujte medzi redundanciou s celočíselnou a zlomkovou násobnosťou. Na ich rozlíšenie je na diagrame vyznačená početnosť redundanciem(obr. 6, a, b).

Ryža. 6. Redundancia: a) trvalá redundancia s frakčnou multiplicitou (m=4/2);

b) samostatná rezervácia so zlomkovou násobnosťou (m=2/4)

Pri rezervácii s celočíselnými násobkami hodnota m existuje celé číslo, ak je rezervované zlomkovým násobkommje zlomkové neredukovateľné číslo. Napríklad,mAkm= 4/2 = 2, to znamená, že existuje celočíselná redundancia, v ktorej je počet náhradných prvkov 2 a celkový počet je 3.

Ak chcete zálohovať objekty s rovnakými položkami, môžete použiť malý počet náhradných položiek na nahradenie všetkých neúspešných hlavných položiek (bežné zálohy).

Väčšinové a kombinované prepúšťanie

Konkrétnym prípadom frakčnej redundancie je väčšinová redundancia, ktorá sa často používa v diskrétnych zariadeniach (obr. 7). V prípade väčšinovej výhrady sú namiesto jedného prvku (kanálu) zapnuté tri rovnaké prvky, ktorých výstupy sú privádzané do väčšinového orgánu M(hlasovací prvok). Ak sú všetky prvky tejto rezervnej skupiny v dobrom prevádzkovom stave, potom vstup M prijímajú sa tri rovnaké signály a ten istý signál vstupuje do vonkajšieho obvodu z výstupu M.

Ryža. 7. Väčšinová výhrada (väčšinový výber)

Ak zlyhal jeden z troch záložných prvkov, potom vstup M sú prijaté dva rovnaké signály (pravda) a jeden falošný signál. Pri východe M na jeho vstupe bude signál, ktorý sa zhoduje s väčšinou signálov, t.j. väčšinový orgán, vykonáva hlasovanie alebo voľbu väčšinou. Podmienkou bezporuchového fungovania skupiny podľa väčšinovej výhrady je teda bezproblémová prevádzka ľubovoľných dvoch z troch prvkov a väčšinového orgánu po daný čas.

Kombinovaná rezerva je znázornená na obr. 8 je znázornená redundantná skupina, ktorá kombinuje výhody zaťaženej rezervy (kontinuita prevádzky) a nezaťaženej zálohy (poskytuje veľké zvýšenie spoľahlivosti). V tomto prípade dva prvky tvoria duplicitnú skupinu (nabitá rezerva) a tretí je vo vyloženej rezerve. Takáto rezerva sa nazýva kombinovaná.

V kritických IC zariadeniach možno použiť všetky typy štrukturálnej redundancie (obr. 9).

Ryža. 8. Kombinovaná rezerva

Ryža. 9. Usporiadanie a logický diagram štrukturálnej redundancie komplexného subsystému TS

Teoreticky je možné zavedením redundancie do štruktúry systému a výberom optimálnych režimov vytvoriť ľubovoľne spoľahlivý CS. To však nie je vždy prakticky možné. Pri analýze všetkých typov redundancie je potrebné vyvodiť praktický záver: z ekonomických dôvodov nie je možné zabezpečiť vysokú spoľahlivosť kompresorovej stanice pomocou spoločnej zaťažovanej rezervy. Najväčší efekt je daný rezerváciou prvok po prvku [ 1, 2, 3, 6].

Pri porovnaní typov redundancie s zaťaženou a nezaťaženou rezervou si možno všimnúť, že za rovnakých okolností je systém s nezaťaženou rezervou spoľahlivejší ako systém s zaťaženou rezervou.

Organizácia zálohy na úrovni počítača a CS

Redundancia na úrovni počítača. Vo viacúčelovom počítačovom hardvéri sa redundancia vyskytuje na rôznych úrovniach. Na úrovni počítača redundancia pozostáva z dostupnosti Vysoké číslo stroje rovnakého typu, ktorý je potrebný na riešenie zadaných úloh. Spoľahlivosť systému sa v tomto prípade posudzuje ako pri systémoch s posuvnou redundanciou. V prípade počítačov na všeobecné použitie je vhodné využiť výkon všetkých dostupných procesorov. Potom je vhodnejšie charakterizovať vlastnosť systému z hľadiska efektívneho výkonu systému.

kde P i- produktivita (počet úloh vykonaných strojom za jednotku času)i tý automobil;

n- počet strojov v systéme;

TO i - faktor dostupnostii tý automobil.

Ak sú jednotlivé počítačové systémy prepojené cez adaptéry medzi kanálmi pre periférne zariadenia, prostredníctvom spoločného pamäťového poľa alebo iným spôsobom vytvoria viacstrojový (multiprocesorový) CS, potom efektívny výkon takéhoto systému

,

kde m - počet stavov systému;

P j - pravdepodobnosť, že systém je j -tý stav;

NS j- výkon systému v j -tý stav.

Pravdepodobnosť P jurčená metódou Markovových reťazcov. Keďže konfigurácia takýchto systémov môže byť veľmi odlišná, na posúdenie pravdepodobnosti zachovania konektivity systému by sa mali použiť metódy na výpočet spoľahlivosti systémov so zložitou štruktúrou, napríklad metóda minimálnych ciest a úsekov.

Redundancia na úrovni zariadenia ... Na nižších úrovniach hierarchie štruktúry v univerzálne počítače redundancia sa vyskytuje na úrovni periférnych zariadení (PU). Na vyriešenie problémov je potrebný určitý minimálny počet PU.

Redundancia na úrovni kódu - počítače používajú kódy na detekciu chýb a opravné kódy na zlepšenie spoľahlivosti pamäte RAM a ROM. Použitie týchto kódov umožňuje opraviť určitý počet chýb v prenosových kanáloch alebo obnoviť informácie v prípade zlyhania niektorých buniek v RAM a ROM alebo stôp (t. j. zosilňovačov čítania a zápisu) v magnetických diskových mechanikách. Spoľahlivosť takýchto zariadení sa hodnotí ako spoľahlivosť redundantných systémov posuvných rezerv.

Redundancia v špecializovaných a riadiacich počítačoch ... V špecializovaných, a najmä v riadiacich strojoch, sa redundancia využíva oveľa širšie kvôli vysokým požiadavkám na spoľahlivosť takýchto systémov.

Na úrovni počítača a niekedy aj na úrovni softvéru sa používa tripleting. Existujú aj systémy, kde sa používa viacero zálohovacích strojov. V záujme zvýšenia spoľahlivosti môžu niektoré z nich pracovať v režime nabitej rezervy, niektoré v režime bez zaťaženia. Zálohovanie na úrovni počítača však nie je najekonomickejšie. Pre zvýšenie spoľahlivosti pri obmedzení hmotnosti, nákladov a celkových rozmerov kompresorovej stanice sa využíva redundancia jednotlivých strojných zariadení vypínaním alebo využitím viacerých zaťažených alebo nezaťažených záloh. Na zvýšenie spoľahlivosti najkritickejších uzlov sa používa logika tripleting alebo interlacing (reprezentovaná ako redundantný logický obvod, kde sa chyby v jednej vrstve opravujú v rovnakej alebo ďalšej vrstve logických prvkov).

Všetky uvažované metódy redundancie v CS odkazujú na pasívnu redundanciu, pretože nezabezpečujú rekonfiguráciu systému. V počítačových systémoch odolných voči chybám (OCS) sa používajú redundantné metódy zabezpečujúce automatickú rekonfiguráciu systému. OCS využíva prostriedky detekcie, lokalizácie zlyhania a prostriedky rekonfigurácie.

Poruchy v ACS sú detekované pomocou riadiacich nástrojov a lokalizované pomocou diagnostických nástrojov a eliminované automatickou rekonfiguráciou systému. Rekonfigurácia spočíva v reštrukturalizácii štruktúry výpočtovej techniky tak, aby jej chybné časti boli vylúčené z účasti na práci.

Testovacie otázky a úlohy

1. čo je rezervácia?

2. Aké typy štruktúrovanej redundancie sú v praxi široko používané?

3. Čo sú trvalé (zdieľané) zálohy?

4. Aká je hodnota miery nadbytočnosti pri duplikácii?

5. Uveďte príklad kombinovanej rezervy CT prvkov?

6. Vytvorte štrukturálny diagram spoľahlivosti zariadenia pozostávajúceho zo štyroch hlavných prvkov zahrnutých podľa samostatnej schémy redundancie s zaťaženou rezervou (m = 1).

7. Ako sa hodnotí UBR v prípade väčšinovej výhrady?

8. Kde sa dynamická rezervácia používa najčastejšie?

9. Doplňte konštrukčnú spoľahlivosť zariadenia CS pozostávajúceho zo 4 hlavných prvkov zahrnutých podľa všeobecnej schémy redundancie so zaťaženou rezervou prim = 2.

10. Pri akej metóde redundancie integrovaných obvodov sú vždy prítomné spínacie zariadenia (switch)?

Literatúra: 1,2,3,5,6,7.

Veľa ľudí vie rôzne systémy vytváranie obrazov diskov a Rezervovať kópiu dáta, ako napríklad Acronis True Image, Pagaron Drive Backup, Ghost, Time Machine pre počítače kompatibilné s Mac atď. Microsoft do svojich operačných systémov implementoval aj systém zálohovania dát, ktorý je dostupný ako pre bežných používateľov, tak aj pre správcov systému... Pred vydaním operačného systému Windows Vista Microsoft ponúkol používateľom NTBackup a System Restore, ktoré mali veľa nedostatkov. S vydaním systému Windows Vista a prechodom na formát ukladania obrázkov VHD bolo možné jednoduchšie zálohovať údaje a vytvárať obrázky operačného systému pomocou novej sady nástrojov pre Názov systému Windows Zálohovanie a obnovenie. Po vydaní nových operačných systémov bol tento komponent vylepšený a upravený. V tomto článku sa pozrieme na to, čo spoločnosť Microsoft ponúka koncovým používateľom na zálohovanie údajov v nedávno vydanom systéme Windows 8. Najprv si však v krátkosti povedzme o hlavných typoch záloh, ktoré sú implementované v početných produktoch rôznych spoločností.

Typy zálohovania

Zálohovanie sa delí na rôzne typy v závislosti od úloh, ktoré sú stanovené pred osobou, ktorá ho vykonáva. softvér... V niektorých prípadoch používatelia potrebujú iba vytvárať kópie dôležitých súborov uložených na disku, v iných - vytvárať plnohodnotné obrazy operačného systému s možnosťou vrátenia všetkých predchádzajúcich zmien. Správcom systému je zároveň poskytnutá možnosť centrálne ukladať zálohy dát, čo uľahčuje kontrolu verzií záloh a obnovu systémov podľa potreby. Prirodzene, v závislosti od zvoleného typu zálohy sa používa ten či onen algoritmus na porovnávanie a ukladanie súborov - buď kopírovanie po byte alebo sektor po sektore zo zdroja dát, kedy sú informácie presne zaznamenané na záložnom médiu. . Na obnovu súborov a údajov možno využiť aj funkcie súborových systémov, ktoré podporujú žurnálovanie a protokolovanie zmien – najprv sa urobí úplný snímok súborového systému a dáta sa podľa potreby zálohujú, ak sú jednotlivé súbory označené ako zmenené. Pre tento prípad sú najvhodnejšie súborové systémy s vylepšenou správou verzií, pretože výrazne šetria miesto na zálohovacom médiu. Okrem tradičného vytvárania záloh súborov, ktoré sa momentálne nepoužívajú, existujú aj algoritmy zálohovania v reálnom čase. V tomto prípade sa záloha uskutoční aj vtedy, keď je súbor otvorený v akomkoľvek programe. Táto možnosť sa dosahuje pomocou snímok súborových systémov a aktívne sa využíva napríklad vo virtualizačných systémoch na prácu s virtuálnymi diskovými jednotkami. Proces zálohovania údajov môže prebiehať niekoľkými spôsobmi. Zoberme si tie najbežnejšie.

Klonovanie oddielov a vytváranie obrázkov

Klonovanie znamená skopírovanie oddielu alebo oddielov na disku so všetkými súbormi a adresármi a súborové systémy na záložné médium, teda vytvorenie kompletnej kópie údajov na inom médiu. Vyžaduje to Vysoké číslo priestor na zálohovacom médiu, no zároveň umožňuje dosiahnuť čo najkompletnejšiu zálohu samostatného PC alebo dátového disku. Osobitne by sa malo spomenúť klonovanie systému vo forme špeciálneho obrazu - virtuálnej jednotky, tj. samostatný súbor, ktorý môže obsahovať niekoľko diskových partícií. Takýto obraz je možné vytvoriť pomocou samotného operačného systému. Umožňuje znížiť objem dát a poskytuje aj možnosť následne s nimi pracovať ako s bežným diskom, prípadne ho pripojiť k virtuálne stroje, ktorý zjednodušuje prenos operačných systémov z jedného servera alebo počítača na druhý. Virtuálne obrázky si dnes získavajú na popularite vďaka flexibilite pripojenia, ako aj multiplatformovému a jednoduchému prenosu z jedného počítača na druhý. Klonovanie alebo vytváranie obrazu na zálohovanie je spravidla pomerne zriedkavé, pretože miesto je obsadené záložnú kópiu, veľmi veľký. Podobné postupy sa vo väčšine prípadov používajú na vytvorenie kópie operačného systému so všetkými súbormi a nie na zálohovanie jednotlivých údajov na disku. Na zálohovanie používateľských dát, ktoré sa často menia alebo používajú v práci, je široko používaný iný typ zálohy - úplná záloha súborov.

Úplná záloha súboru

Tento typ zálohy zahŕňa vytváranie duplikátov všetkých súborov na médiu. jednoduchá metóda- kopírovanie z jedného miesta na druhé. Vzhľadom na dĺžku procesu sa úplné zálohy súborov zvyčajne vykonávajú mimo pracovnej doby z dôvodu príliš veľkého množstva údajov. Tento typ rezervácie vám umožňuje ušetriť dôležitá informácia, ale kvôli dlhým časom zálohovania nie je príliš vhodný na obnovu rýchlo sa meniacich dát. Odporúča sa vykonať úplné kopírovanie súborov aspoň raz týždenne a ešte lepšie je striedať ho s inými typmi kopírovania súborov: rozdielovým a prírastkovým.

Diferenciálna redundancia

Rozdielové zálohy skopírujú iba súbory, ktoré sa zmenili od poslednej úplnej zálohy. To vám umožní znížiť množstvo dát na záložnom médiu a v prípade potreby urýchliť proces obnovy dát. Keďže rozdielové zálohy sa zvyčajne vykonávajú oveľa častejšie ako úplné zálohy, je to veľmi efektívne, pretože vám umožňuje obnoviť naposledy zmenené údaje a sledovať históriu zmien súborov od úplnej zálohy.

Prírastkové zálohovanie

Prírastkové zálohy sa mierne líšia od rozdielových záloh. To znamená, že pri prvom spustení sa zálohujú iba tie súbory, ktoré sa od r naposledy prebiehalo úplné alebo rozdielové zálohovanie. Nasledujúce prírastkové zálohy pridávajú iba súbory, ktoré sa od predchádzajúcej zálohy zmenili. V tomto prípade zmenené alebo nové súbory nenahrádzajú staré, ale pridávajú sa na médium nezávisle. Samozrejme, v tomto prípade sa história zmien súborov zvyšuje s každou fázou zálohovania a proces obnovy údajov pre tento typ zálohy trvá oveľa dlhšie, pretože je potrebné postupne obnoviť celú históriu zmien súborov. krok. Pri rozdielovej zálohe je však proces obnovy jednoduchší: obnoví sa hlavná kópia a pridajú sa k nej najnovšie údaje rozdielovej zálohy.

Mnoho redundantných softvérových balíkov používa rôzne typy redundancie a často ich kombinuje, aby boli efektívnejšie a šetrili miesto. Systémové Pomôcky systému Windows, ktorým sa budeme venovať v tomto článku, využívajú aj rôzne typy záloh, čo umožňuje dynamickejšie a rýchlejšie obnovovať používateľské dáta v závislosti od situácie. Pre serverové operačné miestnosti systémy Windows K dispozícii je viac nástrojov na obnovenie ako pre operačné systémy Windows pre stolné počítače, ale tu budeme brať do úvahy iba tie, ktoré sú dostupné bežným používateľom. Navyše, pre rôzne edície Windowsu je sada komponentov odlišná, čo je spôsobené rozdelením operačných systémov na firemné a domáce. Pre operačné systémy Windows existujú dva hlavné nástroje na zálohovanie údajov, ktoré sa líšia typom zálohy.

Zálohovanie a obnovenie systému Windows

Komponent Windows Backup And Restore sa stal dostupným pre používateľov od vydania operačného systému Windows Vista a je zodpovedný za vytvorenie úplnej zálohy operačného systému s možnosťou prírastkových záloh. S vydaním operačného systému Windows 8 tento komponent zmenil svoj názov na Windows 7 File Recovery. Zo svojej funkcionality síce nič nestratila, no Microsoft odporúča na zálohovanie dát použiť novú utilitu File History, ktorá je súčasťou operačných systémov Windows 8 a Server 2012, ale o nej si povieme trochu neskôr. Windows Backup And Restore vám umožňuje vytvoriť automatickú úplnú zálohu na vymeniteľné médium, optické disky alebo na špeciálne miesto na vzdialenom serveri.

Posledná funkcia je k dispozícii iba pre určité vydania systému Windows 7/8, pretože je umiestnená ako riešenie pre správcov IT spoločností. Úplná záloha systému v prípade použitia tohto komponentu znamená nielen ukladanie užívateľských súborov, ale aj možnosť vytvárať obraz celého operačného systému a zálohovať jednotlivé disky počítača. Používateľ má tiež možnosť vytvoriť si výlučne systémový obraz, ktorý je možné neskôr nielen odstrániť na nové médium tohto počítača, ale aj použiť ako virtuálny disk vo virtualizačných systémoch. Ak sa použije tento komponent, používateľ môže určiť priečinky, ktoré je potrebné zálohovať, ako aj určiť tie systémové jednotky, ktoré je potrebné uložiť s úplnou zálohou. Pri zálohovaní iba používateľských súborov používa program Windows Backup And Restore prírastkové zálohy údajov, ktoré vám umožňujú získať viac snímok súborov v rôznych časových okamihoch. Úplná záloha sa zvyčajne vykonáva raz za týždeň a zahŕňa nielen zálohovanie súborov používateľa, ale aj vytvorenie obrazu systému a skopírovanie údajov pre body obnovenia súčasti Windows System Recovery. Proces obnovy používateľských súborov môže prebiehať priamo z operačného systému – pre väčšinu používateľov je to celkom jednoduché a priamočiare. Obnovu systému v prípade vážneho zlyhania je možné vykonať pomocou vstavaných nástrojov Obnova systému Windows... Ak to chcete urobiť, musíte buď vytvoriť nový špeciálny obnovovací disk, alebo použiť inštalačný obraz operačného systému, z ktorého bol predtým nainštalovaný do počítača. Pri načítaní v režime Obnova systému Windows Obnova ponúkne používateľovi výber z nasledujúcich režimov obnovy: obnovenie súboru, prechod na konkrétny bod obnovy, extrahovanie obrazu zálohy systému na hlavný systémový disk. V tomto prípade môžu byť dáta na obnovu prevzaté z optických médií, externého alebo interného úložiska, ako aj zo sieťového úložiska. Edícia operačného systému v tomto prípade nehrá rolu. Bohužiaľ, napriek skutočnosti, že zálohovanie a obnovenie systému Windows je pomerne výkonným a pohodlným komponentom operačného systému, spoločnosť Microsoft uviedla, že podľa výskumu túto pomôcku najlepšie používa 5% používateľov. V tomto ohľade, pre jednoduchšie a efektívnejšie zálohovanie dát, vyvinula spoločnosť Microsoft pre používateľov ďalšiu generáciu systémových záloh – Súbor Windows História.

História súborov systému Windows

História súborov Windows, nová súčasť operačných systémov Windows 8 a Server 2012, určitým spôsobom nahrádza svojho predchodcu – zálohovanie a obnovenie systému Windows. Je určený na nahradenie iba prírastkových záloh súborov, zatiaľ čo zobrazovanie systému a úplné zálohovanie je možné vykonávať iba pomocou pomocou systému Windows 7 Obnova súborov. História súborov systému Windows bola od základov navrhnutá ako pohodlné a praktické riešenie pre používateľov, ktorí potrebujú transparentný spôsob zálohovania dôležitých údajov. Pri vývoji tohto nástroja sa osobitná pozornosť venovala ľahkej inicializácii procesu v kombinácii s možnosťou pohodlnej a Rýchle zobrazenie všetky uložené údaje. Proces zálohovania pomocou nového nástroja zostáva pre používateľa v automatickom režime bez povšimnutia a nevyžaduje od neho ďalšie akcie. Treba poznamenať, že rezervácia bola upravená o sieťové zariadenia, čo zjednodušuje a uľahčuje prácu s uloženými súbormi, ak sa používajú mobilné pripojenia alebo slabé komunikačné kanály.

Pomôcka Windows File History bola založená na časti základnej funkcionality Windows Backup And Restore, v ktorej bol prepracovaný vizuálny komponent zodpovedný za prezentáciu uložených užívateľských dát. Predtým uložené údaje je teraz možné prezerať z Správca súborov Prieskumník systému Windows pomocou samostatnej karty História. To vám umožní rýchlo nájsť požadované súbory a obnovte ich na ľubovoľné miesto v systéme. Napriek tomu, že proces zálohovania je založený na prírastkovej zálohe, pri práci s ňou sa ani nenapadne, že by sa jednalo o zálohu, ide skôr o históriu vytvárania, úpravy alebo odstraňovania užívateľských súborov, kedykoľvek dostupnú. Tento prístup k zálohovaniu údajov bude určite vyhovovať väčšine neskúsených používateľov, pretože tento proces je pohodlný a intuitívnejší ako práca so zálohovaním a obnovením systému Windows.

Na zálohovanie údajov pomocou histórie súborov systému Windows môžete použiť optické médiá, externé jednotky alebo sieťové úložisko. Samozrejme, ukladanie dát na optické médiá je skôr poctou tradícii ako skutočnou metódou využívania prírastkových záloh, pretože dáta sa môžu veľmi často meniť. Najlepšia voľba pre bežných používateľov je záloha na externý alebo interný disk.

Na uľahčenie používania v systéme Windows 8 možno každý pripojiteľný externý disk použiť ako nástroj na zálohovanie pomocou histórie súborov systému Windows. Ak je teda disk pripojený, v možnostiach rozbaľovacej ponuky pri automatickom spustení je teraz samostatná karta, ktorá vám umožňuje jedným kliknutím označiť pripojený disk ako disk na zálohovanie. V tomto prípade, aj keď bol disk následne odpojený od systému, zálohovanie dát sa obnoví hneď po jeho spätnej inštalácii. Podobný prístup sa používa aj v prípade zálohovania dát na sieťové úložisko. Odpojiť od lokálna sieťžiadnym spôsobom neovplyvní činnosť systému a keď sa objaví sieťové prostredie operačný systém automaticky spustí nový cyklus zálohovania podľa plánu. Transparentný aktivačný systém Funkcie systému Windows História súborov je pre používateľa skutočne obrovským plusom.

V predvolenom nastavení sa zálohy cez pomôcku História súborov systému Windows vykonávajú každú hodinu, avšak v prípade potreby si používateľ môže zvoliť časové intervaly medzi jednotlivými zálohami údajov. Používateľ má možnosť nastaviť si intervaly medzi rezerváciami od 10 minút do 1 dňa. Pre históriu súborov systému Windows je možné nastaviť iba jedno aktuálne umiestnenie zálohy, ak však do umiestnení záloh pridáte viacero jednotiek, možno ich použiť striedavo v závislosti od ich dostupnosti. To je výhodné pri použití sieťového úložiska a samostatného disku. Dáta sa tak uložia na viacero miest v závislosti od aktuálnej konfigurácie. Tiež nemožno opomenúť funkciu výberu počtu hĺbok uložených kópií. Napríklad po jednom alebo niekoľkých mesiacoch môže systém automaticky prepísať staré údaje a nahradiť ich novými. Šetrí sa tým miesto, kde sa dáta zálohujú. Okrem toho môže používateľ využiť až 25 % úložného priestoru na zálohovanie dát.

Pomôcka História súborov systému Windows štandardne zálohuje najčastejšie používané priečinky, konkrétne Kontakty, Obľúbené položky a Pracovná plocha. Okrem toho sa rezervácia automaticky aplikuje na všetky použité priečinky Knižnice. Používateľ si môže vytvárať vlastné dátové knižnice, ktoré sú v skutočnosti symbolickými odkazmi na skutočné priečinky v počítači. To znamená, že ak používateľ potrebuje rezervovať konkrétny priečinok na počítači, musí inštalácia systému Windows História súborov, musíte pridať tento priečinok do knižníc. Okrem toho, ak je potrebné niektoré priečinky vylúčiť z rezervácie, používateľ môže selektívne vylúčiť všetky knižnice používateľa alebo množinu často používaných priečinkov. S prihliadnutím na aktívnu integráciu s funkciou „cloudového“ ukladania dát Windows Skydrive využitie tejto „cloudovej“ služby môže byť zamerané na zálohovanie dôležitých užívateľských dát uložených v „cloude“. Aby takýto balík fungoval, stačí si nainštalovať Skydrive – potom sa automaticky pridá do knižníc a bude sa zálohovať podľa potreby. Bohužiaľ, funkcia zálohovania dát na „cloud“ zatiaľ nie je pre používateľov dostupná, no Microsoft už v budúcich verziách svojho OS plánuje pridať určitú možnosť zálohovania dát na „cloudové“ úložisko.

teda nový systém Zálohovanie histórie súborov systému Windows je skvelé pre väčšinu používateľov. Jednoduché a intuitívne rozhranie s možnosťou rýchleho pridávania a obnovy súborov je modernému používateľovi oveľa bližšie ako predošlá verzia Prírastkové zálohy v programe Zálohovanie a obnovenie systému Windows.

V tomto článku čitateľa oboznámime s významom redundancie v širšom zmysle tohto pojmu. Zváži aj jeho typy, všeobecnú prezentáciu, vzťah k prírodným javom a mnoho ďalšieho.

Úvod

Redundancia je univerzálny princíp, ktorý zabezpečuje spoľahlivosť akéhokoľvek typu systému. Tieto typy systémov sú široko rozšírené a používané v prírode, technológii a strojárstve.

Medzi typy redundancie patria:

• hardvérová forma redundancie, ktorej nápadným príkladom je duplikácia;
• informačný typ redundancie, napríklad technika, ktorá zisťuje chyby a koreluje ich;
• dočasná redundancia, ktorú možno pozorovať v metodológii alternatívneho typu logiky;
• rezervácia typ programu reprezentované funkčne ekvivalentnými programami.

Technické systémy

Podľa definície by sa redundancia mala považovať za metódu, ktorá zvyšuje výkon a spoľahlivosť konkrétneho zariadenia alebo mechanizmu. A tiež pomocou tohto javu môžete zariadenie udržiavať na určitej, potrebnej úrovni, a to zahrnutím náhradnej sady prvkov a komunikácie. Ide však o dodatočné udržiavacie opatrenie uložené dodatočne.

Tento pojem možno vnímať tak v užšom zmysle, ako je napríklad rezervácia vstupeniek, ako aj v širšom zmysle, napríklad využitie záložných mechanizmov v priemyselných zariadeniach. V oboch prípadoch však pôjde o spôsob, ako predísť možným poruchám v budúcom vývoji udalostí, ktoré by z dlhodobého hľadiska viedli k narušeniu integrity systému. Hlavný dôvod potreby metód zálohovania na udržanie systému v normálnom stave je diktovaný súborom požiadaviek na stav priemyselná bezpečnosť... Veľký význam má rezervácia aj pri výstroji určenej pre vojenské plavidlá.

Pomocou tohto fenoménu je zaistená bezpečnosť jadrových elektrární, ktoré sú umiestnené na úrovni fyzického oddelenia a rôznych typov zariadení určených na realizáciu najdôležitejších princípov jedinej formy poruchy.

Bezpečnostné systémy pre také dôležité zariadenia, akými sú jadrové elektrárne, majú možnosť trojnásobnej redundancie. Najnovšie ruské projekty, realizované počas výstavby v ČĽR, majú štvornásobnú výhradu.

Prvok zariadenia súvisiaci s minimalizovanými štruktúrami, ktorý zabezpečuje jeho schopnosť vykonávať prácu, sa nazýva hlavný. Redundantné prvky sú časti, ktorých účelom je zabezpečiť prevádzkyschopnosť mechanizmu v dôsledku zlyhania hlavných častí.

V technologickom systéme možno redundanciu klasifikovať podľa súboru atribútov, z ktorých hlavné sú výška úrovne redundancie, početnosť, stav náhradných prvkov pred ich uvedením do prevádzky, schopnosť hlavných a náhradných prvkov. časti, ktoré majú spolupracovať.

Výpadok časti systému vo výrobku určenom do zálohy môže nastať až po odstavení hlavného zariadenia a všetkých náhradných prvkov systému. Skupinu prvkov možno nazvať nadbytočnou, v ktorej zlyhanie jedného z nich alebo dokonca viacerých nepovedie k poruche celého systému. Všetky časti mechanizmu schopné plniť svoje funkcie ich budú robiť aj naďalej a prácu s chýbajúcimi náhradnými dielmi preberá záložné zariadenie. Táto metóda náhrady sa nazýva funkčná redundancia.

V súlade s mierou a jednotkou výpočtu sa rozlišujú tieto typy výhrad:

• všeobecný, v ktorom je potrebná rezerva na pokračovanie v práci len v prípadoch výpadku celého zariadenia;
• samostatný, v ktorom prebieha rezervácia samostatných častí objektu;
• súkromné, poskytujúce rezerváciu skupiny rovnakej množiny prvkov.

Pri analýze záložných systémov dospela osoba k záveru, že miera poruchovosti redundantného objektu sa zvyšuje s pribúdajúcim časom. Neredundantná štruktúra má rovnaký vplyv času na pravdepodobnosť zlyhania v súlade s redundantnou štruktúrou. To však neznamená, že absencia poruchy v systéme a teda nevyužívanie zásob môže ospravedlniť ich absenciu až do momentu zlyhania systému. Na základe pochopenia tohto javu môžeme konštatovať, že redundanciu má zmysel aplikovať v systémoch potrebných na krátkodobú prevádzku a kritický systém je potrebné zabezpečiť inými spoľahlivými metódami.

Je dôležité zvážiť zvláštnosť účelu záložného systému. Je to spôsobené tým, že metóda bývala digitálny systém s nepretržitým typom činnosti, bude pre systém so zariadením analógového typu málo užitočný. Kvôli tomu všetkému vzniká problém s vytvorením záložnej metódy pre všetky systémy naraz.

Existuje metóda hodnotenia účinnosti redundancie, v ktorej sa pomocou koeficientu zodpovedného za zvýšenie spoľahlivosti vypočítajú ukazovatele spoľahlivosti pomerov:

yp = P (t) p / P (t)

γQ = Q (t) / Q (t) p

V takýchto výpočtoch P (t) a Q (t) - označujú možnosť bezporuchovej prevádzky a možnosť zlyhania rezervného systému.

P (t) a Q (t) - výška pravdepodobnosti bezporuchovej prevádzky a pravdepodobnosť, pri ktorej dôjde k poruche neredundantného typu systému.

Všeobecný typ

Vo všeobecnej rezervácii sa robí sklad pre celý systém naraz. V závislosti od spôsobu zavedenia záložného zariadenia možno priebežne a pri výmene uvažovať o úplnej redundancii. V prípade použitia všeobecného typu rezervy sú náhradné zariadenia pripojené k hlavným a zostávajú v nich zahrnuté počas celého prevádzkového režimu.

Konštantná redundancia typu

Trvalá rezervácia je forma akcie, v ktorej je relatívne jednoduchý obvod konštrukcie, nedochádza k prerušeniu prác ani v prípade poruchy niektorého prvku.

Zjavnou nevýhodou zaťaženej rezervy je zvýšenie spotreby energie a „starnutie“ náhradných prvkov spolu s hlavnými. V dôsledku toho potreba nahradiť prvky hlavného zloženia určí dostupnosť náhradných a náhradných dielov.

Substitúcia

Pri rezervácii finančných prostriedkov, akýchkoľvek objektov, ktoré možno použiť na obnovenie prevádzky systému v prípade poruchy, môže tento proces nastať výmenou.

Rezerváciu pomocou náhrady je možné vykonať iným automatickým typovým systémom alebo ľudskou rukou. V prípade použitia automatického zásahu je potrebné, aby stroj vykonávajúci prácu bol vysoko spoľahlivý. Použitie ručnej výmeny prvku zvyšuje čas strávený prepínaním. Pri porovnávaní výkonu človeka a stroja je však možné vziať do úvahy vysokú spoľahlivosť operátora pri výmene dielu.

Rozdelenie v rezerváciách

Samostatný typ redundancie počíta so zavedením individuálnej rezervy určenej pre všetky časti systému neredundantného typu. Delí sa na všeobecné a náhradné. Samostatná substitúcia je charakterizovaná pravdepodobnosťou poruchy v systéme iba vtedy, ak sa porucha vyskytne na jednom mieste dvakrát. Matematické analýzy nám ukazujú, že použitie delenej redundancie poskytne vyššiu mieru spoľahlivosti systému.

Vzťah k biológii

V biológii sa dajú rezervácie vysledovať pozorovaním zvierat. Napríklad organizmus, ktorý sa nachádza na začiatku potravinového reťazca, využíva redundanciu na zabezpečenie rozmnožovania druhu v množnom čísle pomocou vysokej plodnosti. Bylinožravec má v prevažnom počte prípadov viac potomkov ako dravec.

Rezervácia je preventívne opatrenie, ktoré vo veľkom využívajú aj naše telá. Príkladom je zdvojenie vonkajších orgánov (dve oči, ruky, uši a nosné dierky). Je možné zapamätať si vnútorné orgány, duplicitné pohlavné žľazy a obličky. Prítomnosť tohto javu v tele môže zvýšiť jeho funkčný súbor schopností. Zdvojené ľudské oči umožňujú realizovať videnie v stereoskopickej forme.

Veda, ktorá študuje redundanciu v živých systémoch, sa nazýva bionika.

Rezervačné a organizačné systémy

Rezervácia je v organizačnom systéme prítomnosť subjektu schopného vykonávať povinnosti vedúceho celého zariadenia, projektu alebo podniku v čase neprítomnosti vedúceho. Na to sú do zodpovedných funkcií menovaní poslanci. Vo väčšine prípadov je viacero zástupcov zodpovedných za rôzne riadiace funkcie.

Organizačné systémy ako armáda využívajú koncept zálohy, čo je v skutočnosti rezerva personálu.

Záver

Rezerva sa dá nazvať synonymom pre slovo „rezervácia“. Tento jav je široko používaný všetkými typmi živých a mechanizovaných systémov a je základom mnohých najdôležitejších biologických javov a procesov. Existuje mnoho spôsobov vykonania predmetnej akcie, z ktorých každý má svoje špecifiká a význam. Redundancia má nezvyčajne obrovský veľkostný diagram spektra častí všetkých živých vecí, na ktoré sa môže rozšíriť.