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Systemarchitektur und Zuverlässigkeit

Systemkonfigurationen wie Client-Server- und dreischichtige Systeme, Dual- und Duplexsysteme und Hot Standby, RAID-Kapazität und tolerierte Ausfälle, Voll-, differenzielle und inkrementelle Backups mit RPO und RTO, die Prinzipien Fail-safe, Fail-soft und Fool-proof, Cloud und Virtualisierung, SAN und NAS, PUE sowie Kapazitätsplanung, erarbeitet mit Multiple-Choice-Fragen.

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Systemarchitektur und Zuverlässigkeit: Kernpunkte

Wie gut sich ein Informationssystem nutzen lässt und wie selten es ausfällt, hängt nicht nur von der Leistung eines einzelnen Computers ab, sondern davon, wie Geräte kombiniert werden und wie die Verarbeitung bei einem Ausfall weiterläuft. Besonders wichtig ist dieser Entwurf bei Systemen, deren Stillstand die Produktion unmittelbar trifft, etwa beim Manufacturing Execution System (MES) einer Halbleiterfabrik und bei den Servern, die Anlagendaten sammeln.

Behandelt werden Systemkonfigurationen wie Client-Server, dreischichtiges Client-Server, Peer-to-Peer sowie Stapel- und Online-Verarbeitung und Redundanzkonzepte wie Dual- und Duplexsysteme, Hot Standby, Cluster und Single Points of Failure. Hinzu kommen, mit Rechenaufgaben, die Kapazität der RAID-Level und die Zahl der tolerierten Ausfälle, Abläufe zur Wiederherstellung aus Backups, RPO und RTO, Zuverlässigkeitsentwurf wie Fail-safe, IaaS, PaaS und SaaS, Live-Migration, SAN und NAS, PUE und USV sowie die Abschätzung der benötigten Serverzahl; das hilft auch bei der Vorbereitung auf IT-Zertifizierungsprüfungen im Bereich Systemkomponenten.

Alle Fragen zu Systemarchitektur und Zuverlässigkeit (40)
  1. Welche Beschreibung trifft auf ein Client-Server-System zu?
  2. Welche Schicht übernimmt in einem dreischichtigen Client-Server-System die fachliche Verarbeitung (Geschäftslogik)?
  3. Welche Beschreibung trifft auf einen Thin Client zu?
  4. Welches Merkmal trifft auf ein Peer-to-Peer-System (P2P) zu?
  5. Welches Merkmal trifft im Vergleich zur zentralen Verarbeitung auf die verteilte Verarbeitung zu?
  6. Welche Aufgabe eignet sich für die Stapelverarbeitung (Batchverarbeitung)?
  7. Welche der Kennzahlen zur Leistungsbewertung eines Online-Verarbeitungssystems beschreibt die Antwortzeit (Response Time)?
  8. In einem System wird jede Nutzeranfrage nacheinander von einer Webserver-Schicht, einer Anwendungsserver-Schicht und einer Datenbankserver-Schicht verarbeitet. Jede Anfrage durchläuft jede der drei Schichten einmal, und die maximale Zahl der Anfragen, die jede Schicht verarbeiten kann, beträgt 1200 pro Sekunde für die Webserver-Schicht, 1000 pro Sekunde für die Anwendungsserver-Schicht und 900 pro Sekunde für die Datenbankserver-Schicht. Wenn die Datenbankserver-Schicht so ausgebaut wird, dass sie 1500 pro Sekunde verarbeiten kann, wie viele Anfragen kann das Gesamtsystem höchstens verarbeiten?
  9. Welche Beschreibung trifft auf ein Dualsystem zu?
  10. Die Server des Manufacturing Execution Systems (MES) einer Halbleiterfabrik werden als Duplexsystem aus einem Primärsystem (aktiven System) und einem Standby-System ausgelegt. Welches Merkmal trifft zu, wenn das Standby-System als Hot Standby betrieben wird?
  11. Ein System hat zwei redundante Load Balancer (Lastverteiler), dahinter drei Webserver und einen einzigen Datenbankserver, den alle Webserver nutzen. Welches der genannten Geräte ist ein Single Point of Failure (eine Stelle, deren Ausfall das gesamte System stoppt)?
  12. Ein Cluster in Aktiv/Aktiv-Konfiguration verteilt die Verarbeitung gleichmäßig auf fünf Server. Die Auslastung ist proportional zur Verarbeitungsmenge. Ziel ist, die Auslastung jedes Servers auch dann bei höchstens 80 % zu halten, wenn ein Server ausfällt und die übrigen vier seine Verarbeitung gleichmäßig übernehmen. Wie hoch darf die Auslastung jedes Servers im Normalbetrieb (alle fünf laufen) höchstens sein?
  13. Ein System verwendet drei Server mit einer Verfügbarkeit von je 0,95 und hat die nötige Kapazität, solange mindestens zwei davon laufen. Die Server fallen unabhängig voneinander aus, und Ausfälle anderer Geräte als der Server werden nicht berücksichtigt. Wie hoch ist die Verfügbarkeit dieses Systems?
  14. Welches Beispiel zeigt einen Entwurf nach dem Fail-soft-Prinzip?
  15. In Halbleiterfertigungsanlagen werden stromlos geschlossene Gaszufuhrventile verwendet, die mit Druckluft öffnen, sodass sich bei einem Stromausfall oder einem Ausfall der Druckluft die Ventile schließen und die Zufuhr gefährlicher Gase stoppt. Welches Entwurfsprinzip ist das?
  16. Welches Beispiel zeigt einen Entwurf nach dem Fool-proof-Prinzip?
  17. Welcher Ansatz zur Erhöhung der Systemzuverlässigkeit entspricht der Fehlervermeidung (Fault Avoidance)?
  18. Welche Beschreibung trifft auf RAID 1 zu?
  19. Ein RAID 5 wird aus vier Festplatten mit je 4 TB Kapazität aufgebaut. Wie groß ist die für Daten nutzbare Kapazität?
  20. Ein RAID 6 wird aus sechs Festplatten mit je 8 TB Kapazität aufgebaut. Welche Kombination aus nutzbarer Datenkapazität und der Zahl der Festplatten, die gleichzeitig ausfallen dürfen, ohne dass Daten verloren gehen, ist richtig?
  21. In einem RAID 10 aus vier Festplatten (zwei Spiegelpaare, über die beiden Paare hinweg gestript) fallen zwei der vier Festplatten gleichzeitig aus. Wenn jede Kombination zweier Festplatten mit gleicher Wahrscheinlichkeit die ausfallende ist, wie groß ist die Wahrscheinlichkeit eines Datenverlusts?
  22. Ein RAID 5 wird aus vier Festplatten aufgebaut, von denen jede 200 zufällige Ein-/Ausgabeoperationen pro Sekunde (IOPS) schafft. Jeder kleine zufällige Schreibvorgang erfordert insgesamt vier Ein-/Ausgabeoperationen: Lesen der alten Daten und der alten Parität sowie Schreiben der neuen Daten und der neuen Parität; Cache-Effekte werden nicht berücksichtigt. Wie viele Schreibvorgänge kann das gesamte RAID 5 verarbeiten, wenn nur geschrieben wird?
  23. Welche Beschreibung trifft auf ein differenzielles Backup zu?
  24. Jeden Sonntagabend wird ein Vollbackup erstellt und von Montag bis Samstag jeden Abend ein inkrementelles Backup. Am Donnerstagmittag tritt eine Störung auf, und die Daten sollen auf den Stand des Backups vom Mittwochabend zurückgesetzt werden. Wie viele Backups werden für die Wiederherstellung verwendet?
  25. In einem System mit insgesamt 500 GB Daten wird jeden Sonntag ein Vollbackup und von Montag bis Samstag jeden Abend ein differenzielles Backup erstellt. Jeden Tag ändern sich 20 GB anderer Daten, die bis dahin unverändert waren. Wie groß sind die sechs differenziellen Backups von Montag bis Samstag zusammen?
  26. Welche Beschreibung trifft in der Notfall- und Kontinuitätsplanung auf das RPO (Recovery Point Objective) zu?
  27. Für ein System werden ein RPO (Recovery Point Objective) von 4 Stunden und ein RTO (Recovery Time Objective) von 2 Stunden festgelegt. Eine Störung kann jederzeit auftreten, und die Zeit für das Erstellen eines Backups ist vernachlässigbar. Welches Datenschutzverfahren erfüllt diese Ziele?
  28. Datenbankänderungen werden zwischen zwei 1000 km voneinander entfernten Rechenzentren synchron repliziert. Bei jeder Änderung wird ein Hin- und Rückweg abgewartet: die Übertragung zum anderen Standort und die Meldung, dass das Schreiben abgeschlossen ist. Die Lichtgeschwindigkeit in Glasfasern wird mit etwa 200.000 km/s angesetzt und die Länge der Faserstrecke gleich der Luftlinie. Welcher Wert liegt der Verlängerung der Antwortzeit einer Änderung allein durch die Ausbreitung des Signals am nächsten?
  29. Was verwaltet der Nutzer bei einem IaaS-Cloud-Dienst im Allgemeinen selbst?
  30. Welcher der Wege, die Verarbeitungskapazität eines Systems zu erhöhen, entspricht dem Scale-out?
  31. Welcher Entwurf ist für ein System, das Server per Autoscaling je nach Last automatisch hinzufügt und entfernt, im Allgemeinen wünschenswert?
  32. Welche Beschreibung trifft auf die Live-Migration in einer virtualisierten Umgebung zu?
  33. Welche Beschreibung trifft auf ein CDN (Content Delivery Network) zu?
  34. In einer Halbleiterfabrik sollen Anomalien anhand von Sensordaten, die mit hoher Frequenz von vielen Fertigungsanlagen gesammelt werden, schnell erkannt werden. Statt alle Daten zur Verarbeitung in eine entfernte Cloud zu senden, verarbeitet Edge Computing sie auf Computern in der Nähe der Anlagen. Was ist ein wesentlicher Vorteil von Edge Computing?
  35. Welche der Arten, Speicher anzubinden, beschreibt ein SAN (Storage Area Network)?
  36. Aus einem Speicherpool mit 100 TB physischer Kapazität wurden per Thin Provisioning 30 Volumes mit je 5 TB logischer Kapazität angelegt. Derzeit sind im Durchschnitt 40 % der logischen Kapazität jedes Volumes beschrieben, und die Daten wachsen pro Woche um insgesamt 2 TB. Wann erreicht die Auslastung des Pools 80 %, wenn Löschen und Komprimieren von Daten nicht berücksichtigt werden?
  37. In einem Rechenzentrum verbrauchen die IT-Geräte 800 kW und die Kühlanlagen 280 kW, und Verluste der Stromversorgung, Beleuchtung usw. betragen 120 kW. Wie hoch ist die PUE, wenn das Kühlverfahren so verbessert wird, dass sich nur der Stromverbrauch der Kühlanlagen halbiert?
  38. Aus welchem Grund werden in einem Rechenzentrum eine USV (unterbrechungsfreie Stromversorgung) und eigene Notstromaggregate kombiniert?
  39. Welche Beschreibung trifft auf das Konzept von Warm- und Kaltgängen (Hot Aisle/Cold Aisle) bei der Anordnung von Serverracks in einem Rechenzentrum zu?
  40. Ein Websystem, das zur Spitzenzeit 1800 Anfragen pro Sekunde verarbeiten muss, wird entworfen. Ein Server kann höchstens 250 Anfragen pro Sekunde verarbeiten, und die Auslastung jedes Servers soll höchstens 70 % betragen. Außerdem sollen die übrigen Server diese Bedingung auch dann erfüllen, wenn ein Server ausfällt (N+1-Konfiguration). Wie viele Server werden bei gleichmäßig verteilter Last mindestens benötigt?

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