Единая точка отказа ( SPOF ) — это часть системы, отказ которой остановит работу всей системы . [1] SPOF нежелательны в любой системе, целью которой является высокая доступность или надежность , будь то бизнес-практика, программное приложение или другая промышленная система.
Системы можно сделать надежными, добавив избыточность во все потенциальные SPOF. Избыточность может быть достигнута на разных уровнях.
Оценка потенциального SPOF включает в себя определение критических компонентов сложной системы, которые могут спровоцировать полный отказ системы в случае неисправности. Высоконадежные системы не должны полагаться ни на один такой отдельный компонент.
Например, владелец небольшой компании по уходу за деревьями может иметь только одну измельчитель древесных отходов . Если измельчитель сломается, он может не иметь возможности выполнить свою текущую работу и, возможно, ему придется отменить будущие заказы, пока не найдется замена. У владельца компании по уходу за деревьями могут быть готовы запасные части для ремонта измельчителя древесных отходов на случай его поломки. На более высоком уровне у него может быть второй измельчитель древесных отходов, который он может привезти на место работы. Наконец, на самом высоком уровне у него может быть достаточно оборудования, чтобы полностью заменить все на месте работы в случае множественных поломок.
Отказоустойчивая компьютерная система может быть создана на уровне внутренних компонентов, на системном уровне (несколько машин) или на уровне сайта (репликация).
Обычно для обеспечения высокой доступности серверного кластера на системном уровне развертывается балансировщик нагрузки . В серверном кластере высокой доступности каждый отдельный сервер может достичь внутренней избыточности компонентов за счет наличия нескольких источников питания, жестких дисков и других компонентов. Избыточность на системном уровне может быть достигнута за счет наличия запасных серверов, ожидающих, чтобы взять на себя работу другого сервера в случае его отказа.
Поскольку центр обработки данных часто является центром поддержки для других операций, таких как бизнес-логика, он сам по себе представляет потенциальный SPOF. Таким образом, на уровне сайта весь кластер может быть реплицирован в другом месте, где к нему можно будет получить доступ в случае, если основное место станет недоступным. Обычно это рассматривается как часть программы восстановления после сбоя ИТ .
Пол Баран и Дональд Дэвис разработали коммутацию пакетов , ключевую часть «выживаемых сетей связи». Такие сети, включая ARPANET и Интернет , спроектированы так, чтобы не иметь единой точки отказа. Несколько путей между любыми двумя точками в сети позволяют этим точкам продолжать общаться друг с другом, пакеты «маршрутизируются» вокруг повреждения , даже после любого единичного отказа любого конкретного пути или любого промежуточного узла.
В программной инженерии узкое место возникает, когда производительность приложения или компьютерной системы ограничена одним компонентом. Узкое место имеет самую низкую пропускную способность среди всех частей пути транзакции.
Отслеживание узких мест (иногда называемых горячими точками — разделами кода, которые выполняются чаще всего — т. е. имеют наибольшее количество выполнений) называется анализом производительности . Сокращение обычно достигается с помощью специализированных инструментов, известных как анализаторы производительности или профилировщики. Цель состоит в том, чтобы заставить эти конкретные разделы кода выполняться как можно быстрее, чтобы повысить общую эффективность алгоритма .
Уязвимость или нарушение безопасности всего лишь одного компонента могут поставить под угрозу всю систему.
Концепция единой точки отказа также применялась к областям за пределами инжиниринга, компьютеров и сетей, таким как управление корпоративными цепочками поставок [2] и управление транспортом. [3]
К конструкциям, создающим отдельные точки отказа, относятся узкие места и последовательные цепи (в отличие от параллельных цепей ).
В сфере транспорта некоторые из известных недавних примеров недавнего применения этой концепции включают мост через реку Нипигон в Канаде, где частичное разрушение моста в январе 2016 года полностью остановило дорожное движение между Восточной Канадой и Западной Канадой на несколько дней, поскольку он расположен вдоль части Трансканадского шоссе , где нет альтернативного объездного пути для транспортных средств; [4] и железнодорожный мост через реку Норуолк в Норволке , штат Коннектикут , старый разводной мост , который иногда застревает при открытии или закрытии, нарушая железнодорожное движение на линии Северо-восточного коридора . [3]
Концепция единой точки отказа также применялась к сфере разведки. Эдвард Сноуден говорил об опасностях быть тем, что он назвал «единой точкой отказа» — единственным хранилищем информации. [5]
Компонент системы жизнеобеспечения , который будет представлять собой единственную точку отказа, должен быть чрезвычайно надежным.