Tolerância a falhas Módulo 5 [C11,C15,T4.5] (65 p.)

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1 Tolerância a falhas Módulo 5 [C11,C15,T4.5] (65 p.)

2 Conteúdo Falhas Uso de redundância Consenso na presença de falhas
tipos tempo médio até falhar em processadores Uso de redundância replicação ativa replicação primary backup Consenso na presença de falhas

3 Falhas Um sistema falha quando não funciona de acordo com sua especificação. Falhas típicas: hardware: processador, memória, dispositivo de E/S, cabo, ... software: erros de programação, erros de operação, situações não previstas, ... Objetivo de tolerância a falhas: garantir que um sistema continue a funcionar corretamente na presença de defeitos. Tolerância a falhas é necessária principalmente em aplicações que requerem alta disponibilidade.

4 Tipos de falhas Falha transiente: ocorre apenas uma vez; se a operação é repetida, a falha desaparece. Exemplo: falha numa transmissão usando micro-ondas porque algum objeto obstrui temporariamente. Falha intermitente: ocorre de maneira aleatória e imprevisível. Exemplo: um conector com mau contato. Falha permanente: ocorre sempre até que o componente seja substituído. Exemplo: um chip queimado, erros em software.

5 Tempo médio até falhar Exemplo:
Um componente tem uma probabilidade p de falhar em um segundo. A probabilidade desse componente não falhar em k segundos consecutivos é O tempo estimado até esse componente falhe (mean time to failure) é Assim, se p = então MTF = 1000 segundos.

6 Falhas em processadores
Tipos: Fail-silent fault (ou Fail-stop fault): um processador com falha pára e não responde a subsequentes requisições ou produz qualquer resultado. Byzantine fault: um processador com falha continua a operar, emitindo resultados errados, possivelmente em acordo com outros processadores com falha, causando a impressão de que estão todos funcionando normalmente.

7 Uso de redundância Tipos de redundância:
Redundância de informação: bits extras são adicionados para se recuperar de bits errados. Redundância de tempo: uma ação é executada e, se necessário, é executada novamente. (Útil para falhas transientes e intermitentes.) Redundância física: equipamento extra é adicionado para que o sistema como um todo tolere a falha de um ou outro componente. Exemplo: múltiplos processadores.

8 Uso de replicação ativa
Todos os processadores são usados o tempo todo como servidores (em paralelo) a fim de ocultar falhas completamente. TMR: Triple Modular Redundancy Sistema tolerante a falhas no nível k: satisfaz sua especificação mesmo se até k componenetes falharem simultaneamente: fail-silent fault: requer k+1 componenetes byzantine fault: requer 2k+1 componentes Requisito: todas as requisições chegam nos servidores numa mesma ordem (atomic broadcast problem).

9 Uso de primary backup Apenas um processador (primary) é o servidor a cada instante. Se este falhar, um outro processador (backup) é ativado para operar em seu lugar. A substituição de um processador por outro não deve ser notada pelas aplicações; somente o sistema operacional do cliente deve notar. Vantagens: Mais simples: mensagens do cliente vão para apenas um servidor (não é necessário ordenar mensagens). Na prática, requer menos máquinas. Desvantagem: não funciona se para Byzantine faults.

10 Consenso na presença de falhas
Exemplos: eleição de um coordenador, decisão quanto a fazer ou não commit de uma transação, divisão de tarefas. Primeiro caso: processadores confiáveis, mas possíveis falhas de comunicação. Exemplo: two-army problem. Consenso é impossível sem comunicação confiável! Segundo caso: comunicação confiável, mas possíveis falhas de processadores. Exemplo: Byzantine generals problem. Consenso é possível quando há m processadores confiáveis somente se houver 2m+1 processadores confiáveis.