Este documento trata sobre la fiabilidad y tolerancia a fallos en sistemas de tiempo real. Explica que la fiabilidad de un sistema depende de factores como las especificaciones, el diseño de software y hardware, y las averías. También describe técnicas para tolerar fallos mediante la prevención, degradación elegante o parada segura. Finalmente, discute medidas para evaluar el rendimiento de los computadores como el tiempo de ejecución y el uso de programas de prueba.

1. Fiabilidad y tolerancia
de fallos

2. • El aspecto que queremos tratar es el de
la extremada fiabilidad exigida a los
sistemas de tiempo real
• Veremos cuáles son los factores que
afectan a la fiabilidad de un sistema
• También veremos algunas técnicas
para tolerar fallos en el software

3. • Los fallos de funcionamiento de un
sistema pueden tener su origen en:
• – Una especificación inadecuada
• – Diseño defectuoso del software y/o el
hardware
• – Averías en el hardware
• – Interferencias en las comunicaciones
• transitorias o permanentes

4. Fallos de funcionamiento
• La fiabilidad (reliability) de un sistema es una
medida de su conformidad con una
especificación autorizada de su
comportamiento
• • Una avería (failure) es una desviación del
comportamiento de un sistema respecto a su
especificación
• • Las averías se manifiestan en el
comportamiento externo del sistema, pero
son el resultado de errores (errors) internos
• • Las causas mecánicas o algorítmicas de los
errores se llaman fallos (faults)
• • Los fallos pueden ser consecuencia de
averías en los componentes del sistema

5. Tipos de fallo
• • Fallos transitorios:
– desaparecen por sí solos al cabo de un
tiempo
– ejemplo: interferencias en las
comunicaciones
• • Fallos permanentes:
– duran hasta que se reparan ej.: un
cable roto, un defecto en el software
• • Fallos intermitentes:
– fallos transitorios que, además, ocurren
de vez en cuando

6. Modos de fallo

7. Prevención y tolerancia de
fallos
• • Hay dos formas de aumentar la fiabilidad
• de un sistema:
• – Prevención de fallos
se trata de evitar, antes de que el sistema entre
en funcionamiento, que se introduzcan fallos
• – Tolerancia de fallos
se trata de conseguir que el sistema continúe
funcionando aunque se produzcan fallos
• • En ambos casos el objetivo es desarrollar
sistemas con modos de fallo bien definidos
• • No son incompatibles

8. Prevención de fallos
• • Se realiza en dos etapas:
– Evitación de fallos
se trata de impedir que se introduzcan
fallos durante la construcción del
sistema
– Eliminación de fallos
consiste en encontrar y corregir los
fallos que se producen en el sistema
una vez construido

9. Tolerancia de fallos
• Formas:
• – Tolerancia completa (fail operational)
El sistema sigue funcionando, al menos durante un
tiempo, sin perder funcionalidad ni prestaciones
• – Degradación elegante (fail soft)
El sistema sigue funcionando con una pérdida
parcial de funcionalidad o prestaciones hasta la
reparación del fallo
• – Parada segura (fail safe)
El sistema se detiene en un estado que asegura la
integridad del entorno hasta que se repare el fallo
• El grado y la forma de tolerancia de fallos
dependen de la aplicación

10. Reparación de fallos
• La reparación automática es difícil y depende
del sistema concreto
• Hay dos etapas:
– Localización del fallo
mediante técnicas de detección de errores
– Reparación del sistema
Los componentes del hardware se pueden
cambiar Los componentes del software se
reparan haciendo
una nueva versión
En los sistemas sin parada es necesario
reemplazar
el componente defectuoso sin detener el

11. Funcionamiento de los bloques
de recuperación

12. Seguridad y fiabilidad
• • Un sistema es seguro si está a salvo de
situaciones que puedan causar muertes, heridas,
enfermedades (a las personas), o daños en (o
pérdida de) los equipos o en el ambiente
• – un accidente (mishap) es un suceso imprevisto
que puede producir daños inadmisibles
• La seguridad es la probabilidad de que no se
produzcan situaciones que puedan conducir a
accidentes, independientemente de que se
cumpla la especificación o no
• Fiabilidad: medida de hasta qué punto un
sistema cumple sus especificaciones
– Un sistema puede ser seguro y no ser fiable
– y puede ser fiable y no ser seguro

13. Medidas de rendimiento en
los computadores

14. Medidas de rendimiento en los
computadores
• Definición de rendimiento
El concepto de rendimiento se puede percibir desde
diferentes puntos de vista:
• Tiempo de respuesta: velocidad (tiempo) de
ejecución.
• Productividad: Número de tareas completadas en la
unidad de tiempo.
Consideraremos el rendimiento desde la perspectiva
del tiempo de ejecución:
• La máquina X es n veces más rápida que la máquina
Y si:
• El tiempo de ejecución y el rendimiento son
recíprocos: aumentar el rendimiento implica disminuir
el tiempo de ejecución

15. Medidas para evaluar el
rendimiento
Tiempo de reloj, tiempo de respuesta o tiempo transcurrido:
• Tiempo desde que se lanza una tarea hasta que se
completa.
• Incluye el tiempo de espera de entrada / salida, el tiempo
consumido por otros procesos activos en el sistema, etc.
Tiempo de ejecución de UCP o tiempo de ejecución:
Tiempo consumido por la UCP en ejecutar el programa.
• No incluye el tiempo de espera de entrada / salida, el tiempo
consumido por otros procesos activos en el sistema, etc.
• Tiempo de ejecución de UCP = Tiempo de ejecución de UCP
de usuario + tiempo
• de ejecución de UCP del sistema.
Rendimiento de un sistema:
• Tiempo transcurrido en un sistema sin carga.
Rendimiento de UCP:
• Recíproco del tiempo de ejecución.
• Tiempo de ejecución: a veces se mide en ciclos de reloj.
Frecuencia de reloj: inversa del ciclo de reloj.

16. Programas para evaluar el
rendimiento
Carga de trabajo de un sistema: conjunto de programas ejecutados en el
mismo a lo largo del día.
• Para comprobar el rendimiento de un sistema, lo mejor es medir el
tiempo de ejecución de la carga de trabajo (difícil).
Programas de prueba (benchmarks): programas pequeños
específicamenteescogidos para medir el rendimiento.
Ventajas:
• A menudo se pueden ensamblar a mano (útil si aún no hay compilador).
• Son fáciles de estandarizar en diferentes máquinas.
Desventajas: se prestan a fraudes.
• Compiladores específicamente diseñados para optimizar un benchmark.
• Mejoras específicas en la circuitería para optimizar fragmentos
pequeños de código.
• Pruebas sintéticas: programas artificiales construidos para intentar
englobar las características de un conjunto de programas.
Son irreales y también se prestan a optimizaciones fraudulentas.
• Lo mejor es realizar pruebas con programas reales (utilizados
regularmente, o bien programas típicos), sobre todo si la máquina está
ya funcionando.
• Reproducibilidad de las medidas: fundamental (documentar la prueba).