Fehlertolerante Systeme

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1 Wissenschaftliche Vertiefung Studiengang Technische Informatik Fehlertolerante Systeme Philipp Dürnay

2 Agenda Fehlertoleranz Fehlerdiagnose Fehlerbehandlung Beispielsystem Ausblick Philipp Dürnay 2

3 Fehlertoleranz Der Fehlerbegriff Äußere Fehlhandlung Komponente Wie können Fehlerwirkungen verhindert werden? Fehlerursache (engl. fault) Fehlzustand (engl. error) Fehlerwirkung (engl. failure) Die verschiedenen Aspekte des Fehlers können weit entfernt voneinander auftreten Philipp Dürnay 3

4 Fehlertoleranz Fehlertoleranz beschreibt die Fähigkeit eines Systems, trotz einer begrenzten Anzahl fehlerhafter Subsysteme seine spezifizierte Funktion weitestgehend zu erfüllen Funktionen: 1) Fehlerdiagnose 2) Fehlerbehandlung Redundanzarten: Strukturelle Redundanz Zusätzliche Betriebsmittel Funktionale Redundanz Informationsredundanz Fehlertoleranz erfordert Redundanz Zeitredundanz Philipp Dürnay 4

5 Fehlerdiagnose Codierungstest Übertragungs / Speicherfehler Umkehrungstest Effektiv bei Berechnungsfehlern Teils aufwendig oder gar nicht durchführbar Strukturelle Überwachung Wie können Fehler erkannt werden? Zeitüberprüfung Effektive Erkennung von Ausfällen Konsistenztest Abhängig vom Plausibilitätsbereich Replikationstest Erkennung von Entwurfsfehlern erfordert Diversität Ein Ausfall ist leichter zu erkennen als eine Fehlfunktion Philipp Dürnay 5

6 Fehlerdiagnose Modellbasierte Verfahren Basiert auf Modell des Zielsystems Präzises Modell ermöglicht detaillierte Diagnose Diagnose stark abhängig vom Modell Beobachtungsbasierte Verfahren Basiert auf Beobachtung des Zielsystems Kann universeller und dynamischer entwickelt werden Benötigt viele Daten zur effektiven Diagnose Diagnoseverfahren können in zwei Gruppen unterschieden werden Philipp Dürnay 6

7 Fehlerbehandlung Wie kann auf ein Fehler reagiert werden? Fehlerbehebung Rekonfiguration Fehlerkompensation Entfernen des Fehlzustandes Ersetzen des fehlerhaften Subsystems Ausgleichen der Fehlerwirkung Behandlungsmethoden unterscheiden sich in drei Gruppen Philipp Dürnay 7

8 Fehlerbehandlung Beispiel für Fehlerbehebung: Checkpoint and Restart Fehlzustand soll durch Neustart des (Sub ) Systems behoben werden Philipp Dürnay 8

9 Fehlerbehandlung Beispiel für Rekonfiguration: Graceful Degradation R1 R2 R3 F1, F2, F3 F4, F5, F6 F7, F8, F9 a) Normalfall R1 R2 R3 F1, F2, F3 F4, F5, F6 b) R2 sei ausgefallen R1 R2 R3 F1, F2, F3 c) R1 und R2 seien ausgefallen Wichtige Prozesse werden auf verbleibende Ressourcen verteilt Philipp Dürnay 9

10 Fehlerbehandlung Beispiel für Fehlerkompensation: N aus M Systeme A B C M Ergebnis Fehleranzeige Mehrheitselement Fehler wird nicht entfernt sondern ausgeglichen Philipp Dürnay 10

11 Beispielsystem Flugcomputer B777 Standby System innerhalb der Kanäle Ergebnis ist Mittelwert aller Kanäle Hardwarediversität durch verschiedene Prozessoren Softwarediversität durch verschiedene Compiler Philipp Dürnay 11

12 Ausblick Fehlerursachen können nicht entfernt werden Systeme, die hohe Zuverlässigkeit benötigen, erfordern viele zusätzliche Ressourcen Je mehr Toleranz, desto mehr Redundanz erforderlich Philipp Dürnay 12

13 Zusammenfassung Fehlhandlung Fehlererkennung Fehlerbehandlung Fehlerursache (engl. fault) Fehlzustand (engl. error) Replikationstest Konsistenztest Umkehrungstest Strukturelle Überwachung Codierungstest Zeitüberprüfung Fehlwirkung (engl. error) Fehlerbehebung Rekonfiguration Fehlerkompensation Kompensierte Wirkung Fehlerfreier Zustand Philipp Dürnay 13

14 Ende Fragen? Quellen: [1] DIN [2] [3] [4] Danke für die Aufmerksamkeit Philipp Dürnay 14