Резервирование - способ обеспечения надежности за счет применения дополнительных средств и (или) возможностей, избыточных по отношению к минимально необходимым для выполнения требуемых функций.. Этот способ предусматривает замену отказавших частей аппаратуры резервными при условии, что резервная аппаратура входит конструктивно и функционально в состав рассматриваемой аппаратуры. Включение резерва может быть произведено в ручную или автоматически, в некоторых случаях резерв может быть функционально связан с основной аппаратурой так, что специального включения не требуется. Если же для восстановления работоспособности аппаратуры требуется удалить отказавшую часть аппаратуры, а вместо нее вставлять или вмонтировать аналогичную исправную, то речь идет не о резервировании, а о ремонте. Программное обеспечение может быть также быть резервировано. Иногда вместо термина "резервирование" используется "введение избыточности". Под избыточностью понимают превышение веса, габаритов, производительности, стоимости и других технико-экономических характеристик. Введение избыточности не означает автоматического улучшения показателей надежности. Чтобы улучшение произошло, необходимо соответствующим образом управлять избыточными ресурсами, создать определенные условия и правила их использования, а в некоторых случаях предусмотреть специальные технические и программные средства активации этих ресурсов.
В ИС различают 5 видов резервирования: структурное, временное, функциональное, информационное и алгоритмическое.
1. Структурное резервирование - резервирование с применением резервных элементов структуры объекта. Структурное резервирование реализуется введением в систему резервных (избыточных) элементов, которые при абсолютной надежности элементов исходной системы не являются функционально необходимыми, а используются системой после отказа основных элементов. При структурном резервировании элементов (или цепей) системы показатели надежности повышаются дискретно (скачками). Характерной особенностью структурного резервирования является то, что в идеально надежной системе все резервные элементы могут быть удалены из системы без какого-либо ухудшения качества ее функционирования.
В системе со структурным резервом не любой отказ элемента приводит к отказу системы, так как работа системы поддерживается за счет перестройки (реконфигурации) структуры и подключения резервных элементов. Отказ системы наступает только тогда, когда нарушение работоспособности в одном из основных элементов не удается компенсировать своевременным подключением работоспособного резервного элемента (группы элементов).
Преимуществом структурного резервирования, объясняющим его широкое применение, является то, что введение резервной аппаратуры, увеличивая суммарную интенсивность отказов элементов (основных и резервных), существенно уменьшает интенсивность отказов системы. Как следствие, улучшаются другие показатели надежности. При наличии потока отказов элементов структурное резервирование позволяет обеспечить непрерывную работу системы в течение промежутка времени, во много раз превосходящую среднюю наработку до отказа нерезервированной системы. В системах, состоящих из нескольких одновременно работающих устройств одинаковой производительности, в которой отказ одного из устройств снижает общую производительность системы, структурное резервирование стабилизирует производительность системы.
2. Функциональное резервирование - способ повышения надежности, использующий свойство технических систем обеспечивать при отказах элементов безотказное функционирование за счет перераспределения функций и более интенсивной работы элементов, выполнявших до отказа только свои основные функции. Выполнять дополнительные функции они способны лишь временно, и это может сопровождаться некоторым ухудшением общего качества работы, но в допустимых пределах. При функционировании в системе нет лишних элементов - они все необходимы для выполнения требуемого набора функций. Характерной особенностью такого вида резервирования является как раз то, что даже их идеально надежной системы нельзя удалить ни одного элемента, не вызвав перераспределения функций элементов и увеличения их функциональной нагрузки уже на постоянной основе, возможно, с переходом на более тяжелые режимы работы.
3. Временное резервирование - способ повышения надежности, при котором системе в процессе функционирования предоставляется возможность израсходовать некоторое время, называемое резервным, для восстановления технических характеристик. Резервы времени могут быть использованы для переключения структурного резерва, устранения отказов, технического обслуживания и пр. Резерв времени может быть обеспечен различными способами:
а) увеличением оперативного времени, т.е. времени выделяемого системе для выполнения задания (за счет уменьшения времени на обслуживание, планируемых простоев, повышения сменности работы и др.);
б) созданием запаса производительности (за счет внутренних запасов выходной продукции, в ИС - информации, например в запоминающих устройствах, пока запас не исчерпан, информация поступает на выход системы, и смежные с ней системы считают ее работоспособной);
в) приданием системе свойства функциональной инерционности. Функциональная инерционность - свойство системы, характеризующее ее способность допускать перерывы в работе без потери выходного эффекта, которые можно использовать для восстановления ее работоспособности.
Для систем с временным резервированием (СВР) нарушение работоспособности не обязательно сопровождается отказом системы даже при последовательном соединении ее элементов, так как есть возможность восстановить работоспособность за резервное время. Отказ системы с временным резервированием - событие, заключающееся в нарушении работоспособности, вызывающем недопустимые последствия или не устраненном за допустимое время. Отказы объекта могут отличаться по последствиям. Если отказ вызывает лишь задержку выполнения задания, но не приводит к повторению работ, то его называют обесценивающим или разрушающим. В противном случае его называют обесценивающим или разрушающим. В связи с наличием обесценивающих отказов всю наработку системы разделяют на полезную и обесцененную.
4. Информационное резервирование -резервирование с применением информационной избыточности, используемой для улучшения характеристик системы. Реализуется введением избыточных кодов и символов при передаче, обработке и отображении информации (например, дополнительные единицы информации, позволяющие обнаруживать и устранять ошибки в передаче информации: корректирующие коды, контрольные суммы, проверки на четность и др.). Вводится избыточность массивов данных в составе файла данных, а также избыточность файловой структуры в памяти ЭВМ (2 FAT на флоппи). Информационная избыточность уменьшает:
поток отказов системы, так как не все отказы элементов становятся отказами системы; если последствия отказа элемента удается устранить за счет информационной избыточности, то он не считается отказом системы (контроль ошибок в ЗУ);
время восстановления за счет уменьшения объема работ, обесцененных отказом; при этом уменьшается время, затрачиваемое на повторение обесцененной части работ, и увеличивается полезная наработка;
время восстановления за счет сокращения времени обнаружения и поиска неисправности.
5. Алгоритмическое резервирование -базируется на параллельной обработке информации алгоритмом минимальной сложности. Оно используется во взаимодействии с другими видами резервирования и в ряде случаев является необходимым условием их реализации (корректирующие коды).
