计算机系统与网络安全技术（第2版）-课件 第七章 计算机系统可靠性技术

第七章计算机系统可靠性技术-可靠性及其度量计算机系统与网络安全技术计算机可靠性可靠性及其度量在特定时间内和特定条件下系统正常工作的相应程度。计算机的可靠性：计算机系统可靠性技术平均无故障时间（MTBF：MeanTimeBetweenFailures)平均修复时间（MTTR：MeanTimeToRepair）可靠性的两个指标：平均无故障时间和平均修复时间平均无故障时间可靠性及其度量指两次故障之间的正常工作时间的平均值平均无故障时间（MTBF)MTBF=总运转时间/总故障数

=(T1+T2+T3+T4+…+Tn)/n计算机系统可靠性技术开始结束故障1修复正常工作时间T1正常工作时间T2正常工作时间T3故障1正常工作时间T4故障2故障2修复故障3故障3修复平均无故障时间可靠性及其度量指从故障发生到系统恢复到正常功能所需要时间的平均值平均修复时间（MTTR)MTBF=总故障时间/总故障数

=（T1+T2+T3+…+Tn）/n计算机系统可靠性技术开始结束T1T2T3故障1修复故障1故障2故障2修复故障3故障3修复系统可靠性可靠性及其度量可靠性A的计算方法A＝平均无故障时间/(平均无故障时间+平均修复时间）

＝MTBF/（MTBF＋MTRF）计算机系统可靠性技术可靠性计算机系统可靠性技术可靠性及其度量完美性容错性完美硬件完美软件器件完美部件完美整机完美可信软件冗余技术软件冗余时间冗余信息冗余硬件冗余结束谢谢！计算机系统可靠性技术第七章计算机系统可靠性技术-硬件冗余技术计算机系统与网络安全技术硬件冗余技术硬件冗余技术冗余系统工作过程自动侦测自动切换自动恢复计算机系统可靠性技术硬件冗余技术：是用冗余的硬件资源使系统具有容忍故障的能力，即在产生故障的情况下，仍有能力将指定的任务完成。硬件冗余技术硬件冗余技术计算机系统可靠性技术硬件冗余技术的分类交换机冗余路由器冗余计算机主机系统冗余交换机冗余硬件冗余技术服务器／主机X路由器Y交换机A交换机B网段1网段2计算机系统可靠性技术硬件冗余技术计算机系统可靠性技术服务器／主机X路由器Y路由器A路由器B网段1网段2路由器冗余计算机主机系统冗余：通过提供多台计算机主机系统来为应用提供服务，且主机之间相互备份。计算机主机系统冗余分类：计算机主机系统冗余硬件冗余技术计算机系统可靠性技术两台计算机同时运行，一台为主服务器，另外一台为从服务器；当主服务器出现故障时从服务器可以为应用提供正常的服务。双机容错系统多台计算机同时运行；主机之间互为备份，确保在其他主机出现故障时能够为应用提供正常的服务。多机容错系统计算机系统冗余：集群系统硬件冗余技术计算机系统可靠性技术一个计算机群集管理系统集群系统：均衡负载的双机或多机系统小型计算机系统接口（SmallComputerSystemInterface;简写：SCSI）结束谢谢！计算机系统可靠性技术第七章计算机系统可靠性技术-软件容错技术计算机系统与网络安全技术软件容错软件容错技术计算机系统可靠性技术软件容错：通过软件来确保系统出现错误后可以发现该错误并可以避免错误带来危害。分类：软件备份N版本程序多机表决软件备份软件容错技术计算机系统可靠性技术软件备份含义：通过某种备份软件将系统数据保存到其他介质上，当系统出现错误时可以再通过软件将系统恢复到备份时的状态。优点：简单、成本低缺点：可靠性差适用环境对容错要求不高对场景N版本程序软件容错技术计算机系统可靠性技术N版本程序：由不同的软件版本进行计算，然后由表决器(Voter)根据所有软件版本的运行结果进行表决，有半数以上的运行结果相同，则认定该结果为正确。优点：成本低缺点：容错性一般适用场景：容错性要求不高的场景多机表决软件容错技术计算机系统可靠性技术多机表决含义：多台主机同时运行，由表决器(Voter)根据所有机器的运行结果进行表决，有半数以上的机器运行结果相同，则认定该结果为正确。优点：容错性高缺点：成本高适用场景：容错性要求高的场景结束谢谢！计算机系统可靠性技术第七章计算机系统可靠性技术-数据容错技术计算机系统与网络安全技术数据备份的含义数据容错技术数据备份：就是把生产系统的数据备份到备份系统中的存储介质的过程。数据备份的目的是为了预防事故（如自然灾害、病毒破坏和人为损坏等）造成的数据损失。计算机系统可靠性技术数据容错技术数据备份的分类按备份的距离：本地备份异地备份按备份策略完全备份增量备份差分备份按需备份计算机系统可靠性技术数据容错技术对服务器上的所有数据进行完全备份包括系统文件和数据文件。并不依赖文件的存档属性来确定备份哪些文件（在备份过程中，任何现有的标记都被清除，每个文件都被标记为已备份，换言之，清除存档属性）。优点：恢复时间最短，操作最方便缺点：完全备份所需时间最长适用环境：当系统中的数据量不大时，采用完全备份最可靠完全备份计算机系统可靠性技术数据容错技术只对上一次备份后增加的和修改过的数据进行备份增量备份过程中，只备份有标记的选中的文件和文件夹备份后，它清除标记（备份后清除存档属性）优点：由于没有重复的备份数据，既节省磁盘空间，又缩短了备份时间缺点：一旦发生灾难，恢复数据则比较麻烦适用环境：当系统中的数据更新频率很低时，可采用增量备份增量备份计算机系统可靠性技术数据容错技术对上一次完全备份（而不是上次备份）之后新增加的和修改过的数据进行备份差异备份过程中，只备份有标记的那些选中的文件和文件夹它不清除标记，备份后不标记为已备份文件（不清除存档属性）优点：降低了增量备份存储空间不足的可能性缺点：在恢复数据时，需两份数据，一份是上一次完全备份，另一份是最新的差异备份适用环境：适用于绝大多数备份需求差分备份计算机系统可靠性技术磁带硬盘备份可擦写光盘机光盘塔双机“热”备份系统

数据备份方式及设备可写一次光盘（CD-Recordable）网络及云备份数据容错技术计算机系统可靠性技术网络附加存储（NAS）NASNAS：NetworkAttachedStorageNAS价格低廉，性能可靠，是理想的家庭备份设备数据容错技术计算机系统可靠性技术云备份系统云存储使用云存储必须注意个人隐私数据泄露数据容错技术计算机系统可靠性技术结束谢谢！计算机系统可靠性技术第七章计算机系统可靠性技术-磁盘阵列技术计算机系统与网络安全技术磁盘阵列（DiskArray）：一种外部存储装置，以并行方式在多个硬盘驱动器上工作，被系统视作一个单一的硬盘，以冗余技术增加其可靠性。廉价磁盘冗余阵列（RAID：RedundantArraysofInexpensiveDisks）以多个低成本磁盘构成磁盘子系统，提供比单一硬盘更完备的可靠性和高性能。什么磁盘阵列和廉价磁盘冗余阵列磁盘阵列技术计算机系统可靠性技术1.数据基带条阵列（冗余无校验的磁盘阵列）：RAID0

2.磁盘镜象：RAID13.并行海明纠错阵列：RAID24.奇偶校验并行位交错阵列：RAID35.奇偶校验扇区交错阵列：RAID46.循环奇偶校验阵列：RAID57.二维奇偶校验阵列：RAID6廉价磁盘冗余阵列的类型磁盘阵列技术计算机系统可靠性技术RAID01.数据基带条阵列（冗余无校验的磁盘阵列）：RAID0分块无校验型，无冗余存储。简单将数据分配到各个磁盘上，不提供真正容错性。带区化至少需要2个硬盘，可支持8/16/32个磁盘。优点：允许多个小区组合成一个大分。更好地利用磁盘空间，延长磁盘寿命。多个硬盘并行工作，提高了读写性能。缺点：不提供数据保护，任一磁盘失效，数据可能丢失，且不能自动恢复。磁盘阵列技术计算机系统可靠性技术RAID0输入数据流输入数据磁盘阵列控制器并行传输HDD1HDD2HDD3HDD4HDD5RAID0示意图磁盘阵列技术计算机系统可靠性技术RAID12.磁盘镜象：RAID1每一组盘至少两台，数据同时以同样的方式写到两个盘上，两个盘互为镜象。磁盘镜象可以是分区镜象、全盘镜象。容错方式以空间换取，实施可以采用镜象或者双工技术优点：可靠性高，策略简单，恢复数据时不必停机。缺点：有效容量只有总容量的1/2，利用率50%。由于磁盘冗余，硬件开销较大，成本较高。磁盘阵列技术计算机系统可靠性技术RAID1输入数据流输入数据磁盘阵列控制器并行传输HDD1HDD2第一组镜象HDD3HDD4RAID1示意图第二组镜象磁盘阵列技术计算机系统可靠性技术RAID23.并行海明纠错阵列：RAID2存储型ECC纠错类，采用海明冗余纠错码(HammingCodeErrorCorrection)、跨接技术和存储纠错数据方法，数据按位分布到磁盘上。磁盘台数由纠错码和数据盘数决定。优点：可靠性高，可自动确定哪个硬盘已经失效，并进行自动数据恢复。缺点：磁盘冗余太多，开销太大。防止纠错盘本身故障。RAID2很少使用磁盘阵列技术计算机系统可靠性技术RAID2输入数据流输入数据磁盘阵列控制器HDD1HDD2HDD3HDD4HDD5RAID2示意图HDD6HDD7HCCHCCHCCHCCHCCHCCHCCHCCHCC海明校验磁盘阵列技术计算机系统可靠性技术RAID34.奇偶校验并行位交错阵列：RAID3结合跨接技术、存储纠错数据方式，采用数据校验和校正。利用单独奇偶校验磁盘进行。一个盘故障，可根据读出数据内容和奇偶校验位确定出错位置，对数据进行修正和重组，校验方式可采用位交错或字节交错。优点：速度快，适合较大单位数据的读写，缺点：不适合小单位数据的读写；校验磁盘没有冗余，若校验磁盘失效，数据很难恢复。磁盘阵列技术计算机系统可靠性技术RAID3输入数据流输入数据磁盘阵列控制器HDD1HDD2HDD3HDD4HDD5RAID3示意图parityparity奇偶校验磁盘阵列技术计算机系统可靠性技术RAID45.奇偶校验扇区交错阵列：RAID4与RAID3类似，但数据是以扇区(sector)交错方式存储于各台磁盘，也称块间插入校验。采用单独奇偶校验盘。优点：只读一个扇区，只需访问一个磁盘。写一个扇区，只访问一个数据盘和一个校验盘。各磁盘可独立工作（扇区读写），读写并行。缺点：奇偶盘单独，出错后数据很难恢复。校验在一个磁盘上，产生写性能瓶颈。磁盘阵列技术计算机系统可靠性技术RAID4输入数据流输入数据磁盘阵列控制器HDD1HDD2HDD3HDD4HDD5RAID4示意图parityparity奇偶校验paritySecter交叉磁盘阵列技术计算机系统可靠性技术RAID56.循环奇偶校验阵列：RAID5与RAID4类似，但校验数据不固定在一个磁盘上，而是循环地依次分布在不同的磁盘上，也称块间插入分布校验。它是目前采用最多、最流行的方式，至少需要3个硬盘。优点：校验分布在多个磁盘中，写操作可以同时处理。为读操作提供了最优的性能。一个磁盘失效，分布在其他盘上的信息足够完成数据重建。缺点：数据重建会降低读性能：每次计算校验信息，写操作开销会增大，是一般存储操作时间的3倍。磁盘阵列技术计算机系统可靠性技术RAID5输入数据流输入数据磁盘阵列控制器HDD1HDD2HDD3HDD4HDD5RAID5示意图奇偶校验parityparityparity磁盘阵列技术计算机系统可靠性技术RAID67.二维奇偶校验阵列：RAID6将整个磁盘阵列看成一个二维阵列RAID5只在一组（相当于行）上有奇偶校验盘，而RAID6在各组的同一位置的盘组成的列上也加上了奇偶校验盘。这两个奇偶校验盘形成了二维阵列。此类型也称为P＋Q冗余技术或者RAID0+1，其含义是它结合了RAID0的性能和RAID1的可靠性。它不是成对地组织磁盘，而是把按照RAID0方式产生的磁盘组全部映象到另一备份磁盘组中。磁盘阵列技术计算机系统可靠性技术RAID6磁盘阵列技术计算机系统可靠性技术结束谢谢！计算机系统可靠性技术第七章计算机系统可靠性技术-容灾技术计算机系统与网络安全技术容灾容灾技术容灾（DisasterTolerance,DT）是指计算机系统能够在灾难发生的整个过程中维持其正常工作的能力。容灾的目的是提供系统在灾难发生的情况下,能够持续运行的能力，保证关键业务功能和技术的持续运营。实现容灾目的的系统称之为容灾系统计算机系统可靠性技术容灾系统的评价指标容灾技术1.恢复点目标(RecoveryPointObjective)2.恢复时间目标（RecoveryTimeObjective）在发生灾难后，系统和数据必须恢复到的时间点要求。RPO描述的是系统能够接受的数据丢失量，RPO越小，表明该系统能够接受的数据丢失量越小。在灾难发生后，信息系统或业务功能从停止到恢复的时间要求。RTO描述系统能够容忍的服务停止的最长时间，RTO的值越小，表明系统服务的紧迫性要求越高计算机系统可靠性技术容灾的分类容灾技