결함허용 컴퓨터(FTS)

상

결함허용 컴퓨터(FTS)

HA, , Clustering, Database Recovery, 삼중구조(Triple Modular Redundency)

토픽 이름 (상)	결함허용 컴퓨터(FTS)
분류	CA > 고가용성 > 결함허용 컴퓨터(FTS)
키워드(암기)	Graceful Degradation, 결함 감지/진단/통제/복구, H/W(TMR, Duplication, Stand by Sparing, Watchdog Timer, RAID), S/W(Check Point, Recovery Block, Conversation 등), DBMS(Rollback, Log File, Shadow Paging)
암기법(해당경우)

 

기출문제

번호	문제	회차
1	결합허용기법에는 H/W 결함허용기법, S/W 결함허용기법, 정보결함	53.관리.2
2	RAID 시스템의 종류와 특징 및 FAULT TOLERANT SYSTEM과의 차이점	58.응용.2.
3	10. 결함허용시스템(FTS, Fault Tolerant System)구현을 위한 TMR(Triple Modular Redundancy)에 대해 설명하시오.	모의_16.01.응용.1
4	귀하는 사내 정보인프라 팀장으로서 강건한 시스템을 구축하기 위해 결함허용 시스템(FTS)의 도입을 검토중에 있다. 결함허용 시스템(FTS: Fault Tolerant System)의 기능과 기법을 설명하고 고가용성(HA)와 비교하시오.	모의_10.10-1.공통.2

 

I. 어떤 상황에서도 안정화된 운영을 목적으로 결함 허용 시스템(Fault Tolerant System)의 개요

가. 결함 허용 시스템 정의

- 하드웨어 혹은 소프트웨어의 결함 또는 고장이 발생하여도 정상적 혹은 부분적으로 기능을 수행할 수 있는 시스템

나. 결함 허용 시스템 특징

Graceful Degradation

결함이나 고장이 발생하면 부분적인 기능을 사용할 수 없게되며, 계속적으로 부품의 결함이나 고장이 발생하면 점진적으로 사용 할 수 없는 기능 증가하며, 치명적 결함이나 고장 발생하면 시스템이 정지

 

II. 결함허용 시스템의 단계별 특성 및 관점별 기법

가. 단계별 특성

기능	내용	단계
결함감지	Fault Detection, 시스템 내 결함 발생 및 내용 감지
결함진단	Fault Diagnosis, 결함의 원인/위치/파급효과 판단
결함통제	Fault Isolation, 결함으로 인한 오류파급 차단
결함복구	Fault Recovery & Reconfiguration 결함요소 제거, 시스템 재구성

 

나. FTS의 관점별 기법

관점	기법	설명
Hardware	TMR (Triple Modular Redundancy)	- 3개 이상의 프로세서가 같은 입력에 대하여 동일한 연산 수행
	Duplication with Comparison	- 하드웨어 2개 중복 - 2개의 프로세서를 동기 상태에서 프로세스 수행
	Stand by Sparing	- 결함감지를 위한 여분의 하드웨어
	Watchdog Timer	- 주기적 타이머 가동을 위한 초기화
	RAID	- 디스크 미러링, 패리티 비트
	Self-Purging Redundancy	- 출력결과가 틀린 하드웨어는 계산과정에서 배제
Software	Check point	- S/W 수행 중에 검사시점을 설정 - 오류발생이 발견되면 발생이전의 검사시점으로 되돌아가서 재수행
	Recovery Block	- 재 수행(Rollback & Retry)에 근거 - 단일 프로세서의 Rollback, Retry - 검사지점에서 오류가 발견되면 지정된 이전 검사점으로 되돌아가서 같은 기능을 가진 다른 S/W 모듈을 수행
	Conversation	- 재 수행(Rollback & Retry)에 근거한 Recovery의 확장형 - 복수의 프로세서 정보를 교환하는 프로세서들 간에 적용 가능한기법
	Distributed Recovery Block	- 분산 환경에서의 Rollback 기법 - Recovery Block 기법을 분산환경으로 확장 - H/W 결함과 S/W 결함을 동일한 방법으로 대처
	N self-checking programming	- 자가진단을 통한 컴포넌트의 결함 발견 - 2개 이상의 Self-Checking 컴포넌트가 수행되면서 하나는 주어진 기능을 수행하고 다른 컴포넌트는 대기상태
	N version programming	- H/W 결함허용 기법의 Triple Modular Redundancy와 유사 - N 개의 독립적인 S/W 모듈의 수행결과를 비교하여 다수의 수행결과를 채택
DBMS	Rollback (Undo)	- 트랜잭션 ACID 보장
	Log File 활용 회복, Check Point, Shadow Paging	- DB 회복 기법으로 활용

 

 

 

 

III. 결함허용 시스템 설계

가. 용어정리

용어	설명
결함 (Fault)	시스템에 존재하는 결점 - 부정확한 요구사항 명세서, 부정확한 설계, 코딩 오류
오류 (Error)	올바르지 않는 시스템의 동작 - 시간 조건 또는 경쟁 상태, 무한 반복, 프로토콜, 데이터 불일치, 잘못된 전송 또는 기록
장애 (Failure)	시스템 명세서대로 동작하지 않는 시스템의 동작 - 멈추지 말아야 할 때 멈춤, 잘못된 결과 도출, 서비스 되지 않음, 사용자 조작에 무반응
FTS 위한 Archi-tectural Patterns	시스템 설계 초기, 내 결함 기능을 위한 아키텍쳐 설계 시, 발생하는 문제점에 대한 해결 방법이나 설계지침
FTS 처리 위한 Core Patterns	오류 감지 패턴 à 오류 복구 패턴 à 결함 치료 패턴 à 오류 완화 패턴

 

나. 시스템 설계

단계	패턴	설명
초기 단계 설계 패턴	완화 단위 만들기 (Units of Mitigation)	-결함 허용 시스템의 기본단위. -기능 수행 자가체크 및 에러 복구 메커니즘 포함
	검사하고 수정하기 (Correcting Audits)	-H/W or S/W 에러 발생시 자동 수정 -체크섬, 직접적 비교 등
	중복된 컴포넌트 및 기능 (Redundancy)	-중복된 컴포넌트나 기능 제공하여 에러 처리 병렬적 수행 -시스템 이용성 증가
	사람들의 간섭 최소화 (Minimize Human Intervention)	-사람의 개입은 시스템 속도 저하시키거나 잘못된 오류 발생 -최대한 사람의 간섭을 배제
	유지보수 인터페이스 만들기 (Maintenance Interface)	-경험 있고 실력 있는 전문가들이 시스템을 모니터링 하거나 복구할 수 있도록 인터페이스 만들기
	책임자 두기 (Someone in Charge)	-장애 발생시 시스템이 멈추지 않도록 에러를 감시하고 처리하는 책임자 두기
	단계적으로 확대 (Escalation)	-에러 복구나 에러  완화에 실패하면 다음 단계의 더 강한 액션을 취함
	결함 감시자 두기 (Fault Observer)	-모든 에러를 감시자에 레포트하면 결함 감시자는 관심을 가진 수신자에게 레포팅
	소프트웨어 업데이트 (S/W Update)	-S/W Update 통해 지속적으로 결함을 제거하거나 기능을 향상시킴
오류 감지 패턴	시스템 모니터 (System Monitor)	-시스템이 제대로 수행되는지 확인 관찰하던 컴포넌트가 멈출경우 결함 감시자에게 레포트 하고 올바른 초기화 수행
	심장박동 (Heart-beat)	-관찰 되는 컴포넌트로부터 주기적으로 반응이 전달 됨 -이 방법 통해 시스템 모니터는 관찰 하는 컴포넌트 수행 감시
	받았다고 알리기 (Acknowledgement)	-두 개의 테스크 사이에서 상대방이 살아있고 제대로 기능 한다는 것을 알리는 방법
	실제 임계값 (Realistic Threshold)	-ACK를 받기까지 기다린 시간을 실제 임계값과 비교하여 임계값 넘을 경우 결함관리자에 오류 레포트
	체크섬 (Checksum)	-데이터 값이 정확하니 알아보는 방법
오류 복구 패턴	재시작 (Restart)	-오류 복구가 불가능 할 때 시스템을 재 시작함
	재시도 횟수 제한 (Limit Retries)	-똑같은 자극이 주어지면 똑같은 오류 발생 -똑같은 오류 발생마다 재시도 말고 오류 다룰 수 있는 전략 필요
	데이터 리셋 (Data Reset)	-수정할 수 없는 데이터가 있을 경우 초기값으로 리셋
오류 완화 패턴	공평한 자원 할당 (Equitable Resource Allocation)	-모든 비슷한 요청을 요청 풀(Pool)에 넣고 우선순위에 맞춰 공평하게 자원 할당
	리소스 할당 위해 큐에 넣기 (Queue for Resources)	-즉시 처리할 수 없는 요청은 큐에 넣어 순서에 맞춰 리소스를 할당
	새로운 일부터 하기 (Fresh Work Before State)	-LIFO큐를 사용하여 새로운 요청을 가장 먼저 처리
	표시된 데이터 (Marked Data)	-오류가 있는 데이터에 표시 하여 오류 처리 할 수 있도록 룰을 정의
결함 치료 패턴	재통합 (Reintegration)	-미리 정해진 절차에 따라 수정된 컴포넌트를 시스템에 재통합 수행
	근본 원인 분석 (Root Cause Analysis)	-오류나 결함의 근본원인 찾고 수정

 

----------- 추가 2018.05.14

모의_2017.12.응용.1

TMR(Triple Modular Redundancy)

- 세 개의 격리된 제어시스템과 하나의 통합된 진단기능을 사용하는 기술로 동일한 입력을 받는 3개의 동일한 컴포넌트를 중복 사용하여 결과를 비교 함.

- 세 개의 격리된 평행 제어 시스템과 하나의 시스템에 통합된 광대한 진단 기능을 사용

- 동일한 모듈 3 개 구성하여 Major Voter 를 통한 하나의 모듈에러, 나머지 2 개 Vote 에 의해 결정하는 결함허용시스템

 

 

 

-- 모의_2016.01.응용.1