Fehlertoleranz in Computersystemen: SP-Blockdiagramm

Ein System wird häufig mittels Blockdiagramme abstrahiert. So werden beispielsweise die Komponenten eines Systems und deren Beziehungen zueinander als Blockstruktur dargestellt, aus der man die verschiedenen Wege die ein Prozess in dem System nehmen kann, leicht ersehen und analysieren kann. Dabei handelt es sich bei einem solchen Blockdiagramm um einen Graphen, dessen Knoten die Komponenten des Systems widerspiegeln. Die Kanten des Graphen stellen dar, wie die Komponenten voneinander abhängig sind und in welcher Sequenz diese abgearbeitet werden um die Gesamtfunktion des Systems zu realisieren.

Die einfachsten Strukturen bestehen aus seriellen und parallelen Komponenten (daher SP-Blockdiagramm), aus denen
sich die Redundanz des Systems sehr gut darstellen lässt. Ein System, in dem ein Prozess genau vier Komponenten sequentiell durchlaufen muss wird durch das folgende Diagramm dargestellt:

Abbildung 1: Ein serielles Blockdiagramm mit 4 Komponenten

Hier fällt auf, das ein Fehler in irgendeiner der vier Komponenten zu einem nicht funktionierenden System führt. Das heißt, dieses System enthält keine redundante Komponente, die im Fehlerfall die Funktionen der fehlenden Komponente übernehmen kann.

Im Gegensatz zu einem komplett seriellen System kann ein System so konzipiert sein, dass alle Komponenten parallel zueinander angeordnet sind und es somit einen hohen Grad an Redundanz aufweist. Die folgende Abbildung zeigt so ein paralleles Blockdiagramm:

Abbildung 2: Ein paralleles Blockdiagramm mit 4 Komponenten

Falls eine Komponente ausfällt, so führt dies nicht zu einem nicht funktionierenden System. Allerdings kann dieses Konstrukt teuer werden, falls man bspw. 4 Grafikkarten verbaut hat.

Man kann auch serielle und parallele Strukturen so verbinden, um komplexere Systeme darzustellen. Diese werden als SP-Blockdiagramm (seriell-parallel-Blockdiagramm) dargestellt.

Abbildung 3: Ein einfaches SP-Diagramm

In dieser Anordnung hängt die Ausfallsicherheit und damit die Fehlertoleranz des Systems davon ab, mit welcher Wahrscheinlichkeit in beiden parallelen Pfaden (also (Block-A,Block-B) oder (Block-C, Block-D)) ein Fehler auftreten kann. Solche SP-Diagramme sind gut geeigent für einfach aufgebaute Systeme. Aber in der heutigen Zeit sind Computersysteme deutlich komplexer aufgebaut, sodass SP-Diagramme nicht mehr ausreichen, um diese Systeme darzustellen. In dem nächsten Beitrag wird eine einfache Fehleranalyse anhand eines Nicht-SP-Blockdiagramms vorgestellt.

Quelle
Koren, I. and Mani Krishna , C. (2007). Fault-Tolerant Systems. CA: Elsevier.