Systeemarchitectuur en betrouwbaarheid
Leer met meerkeuzevragen over systeemconfiguraties zoals client-server- en drielaagssystemen, duale systemen, duplexsystemen en hot standby, de capaciteit van RAID en het aantal uitvallen dat het verdraagt, volledige, differentiële en incrementele back-ups met RPO en RTO, fail-safe, fail-soft en fool-proof, cloud en virtualisatie, SAN en NAS, PUE, en het inschatten van de benodigde verwerkingscapaciteit.
Systeemarchitectuur en betrouwbaarheid: kernpunten
Hoe bruikbaar een informatiesysteem is en hoe moeilijk het stilvalt, hangt niet alleen af van de prestaties van één computer, maar ook van hoe apparatuur wordt gecombineerd en hoe de verwerking doorgaat als er iets uitvalt. Dit ontwerp is vooral belangrijk voor systemen waarvan het stilvallen de productie direct raakt, zoals het manufacturing execution system (MES) van een halfgeleiderfabriek en de servers die gegevens van de apparatuur verzamelen.
U leert systeemconfiguraties zoals client-server, drielaags client-server, peer-to-peer, en batch- en onlineverwerking, en redundantieconcepten zoals duale systemen, duplexsystemen, hot standby, clusters en single points of failure. Daarnaast komen, met rekenvragen, de capaciteit van RAID-niveaus en het aantal uitvallen dat elk niveau verdraagt, herstelprocedures uit back-ups, RPO en RTO, betrouwbaarheidsontwerp zoals fail-safe, IaaS, PaaS en SaaS, livemigratie, SAN en NAS, PUE en UPS, en het inschatten van het benodigde aantal servers aan bod. Dat helpt ook bij de delen over systeemcomponenten van IT-certificeringsexamens.
Alle vragen over Systeemarchitectuur en betrouwbaarheid (40)
- Welke beschrijving van een client-serversysteem is juist?
- Welke laag verzorgt in een drielaags client-serversysteem de bedrijfsverwerking (de bedrijfslogica)?
- Welke beschrijving van een thin client is juist?
- Wat is een kenmerk van een peer-to-peersysteem (P2P)?
- Wat is een kenmerk van gedistribueerde verwerking vergeleken met centrale verwerking?
- Welke taak is geschikt voor batchverwerking?
- Welke beschrijving van de responstijd, een van de maatstaven voor de prestaties van een systeem met onlineverwerking, is juist?
- In een systeem wordt elke aanvraag van een gebruiker achtereenvolgens verwerkt door een webserverlaag, een applicatieserverlaag en een databaseserverlaag. Elke aanvraag gaat één keer door elk van de drie lagen, en het maximale aantal aanvragen dat elke laag kan verwerken, is 1200 per seconde voor de webserverlaag, 1000 per seconde voor de applicatieserverlaag en 900 per seconde voor de databaseserverlaag. Als de databaseserverlaag wordt uitgebreid zodat ze 1500 per seconde kan verwerken, wat is dan het maximale aantal aanvragen dat het hele systeem kan verwerken?
- Welke beschrijving van een duaal systeem is juist?
- De servers van het manufacturing execution system (MES) van een halfgeleiderfabriek worden uitgevoerd als duplexsysteem met een primair (actief) systeem en een stand-bysysteem. Wat is een kenmerk als het stand-bysysteem een hot standby is?
- Een systeem heeft twee redundante loadbalancers, drie webservers daarachter en één databaseserver die door alle webservers wordt gebruikt. Welk van de genoemde apparaten is een single point of failure (een punt waarvan de uitval het hele systeem stillegt)?
- Een cluster in een active-activeconfiguratie verdeelt de verwerking gelijkmatig over vijf servers. De bezetting is evenredig met de hoeveelheid verwerking. Het doel is de bezetting van elke server op hoogstens 80% te houden, ook als één server uitvalt en de overige vier zijn verwerking gelijkmatig overnemen. Wat is de bovengrens voor de bezetting van elke server bij normale werking (alle vijf actief)?
- Een systeem gebruikt drie servers met elk een beschikbaarheid van 0,95 en heeft de vereiste capaciteit zolang ten minste twee ervan draaien. De servers vallen onafhankelijk van elkaar uit, en storingen van andere apparaten dan de servers worden buiten beschouwing gelaten. Wat is de beschikbaarheid van dit systeem?
- Wat is een voorbeeld van een ontwerp volgens het principe van fail-soft?
- In halfgeleiderproductieapparatuur worden normaal gesloten gastoevoerkleppen gebruikt die met luchtdruk opengaan, zodat bij een stroomstoring of uitval van de perslucht de kleppen sluiten en de toevoer van gevaarlijk gas stopt. Welk ontwerpprincipe is dit?
- Wat is een voorbeeld van een ontwerp volgens het principe van fool-proof?
- Welke van de benaderingen om de betrouwbaarheid van een systeem te verbeteren, is foutvermijding (fault avoidance)?
- Welke beschrijving van RAID 1 is juist?
- RAID 5 wordt opgebouwd uit vier schijven van elk 4 TB. Hoeveel capaciteit is er beschikbaar voor het opslaan van gegevens?
- RAID 6 wordt opgebouwd uit zes schijven van elk 8 TB. Welke combinatie van de capaciteit voor het opslaan van gegevens en het aantal schijven dat tegelijk kan uitvallen zonder gegevensverlies is juist?
- In een RAID 10-opstelling van vier schijven (twee gespiegelde paren, met striping over de twee paren) vallen twee van de vier schijven tegelijk uit. Als elk paar schijven even waarschijnlijk het uitgevallen paar is, hoe groot is dan de kans op gegevensverlies?
- RAID 5 wordt opgebouwd uit vier schijven die elk 200 willekeurige invoer-/uitvoerbewerkingen per seconde (IOPS) aankunnen. Elke kleine willekeurige schrijfactie vraagt in totaal vier I/O-bewerkingen: de oude gegevens en de oude pariteit lezen, en de nieuwe gegevens en de nieuwe pariteit schrijven; het effect van caches wordt buiten beschouwing gelaten. Hoeveel schrijfacties kan de hele RAID 5-opstelling verwerken als er alleen wordt geschreven?
- Welke beschrijving van een differentiële back-up is juist?
- Elke zondagavond wordt een volledige back-up gemaakt, en van maandag tot en met zaterdag elke avond een incrementele back-up. Op donderdag rond het middaguur treedt een storing op, en er wordt besloten de gegevens te herstellen tot het moment van de back-up van woensdagavond. Hoeveel back-ups worden voor het herstel gebruikt?
- In een systeem met in totaal 500 GB aan gegevens wordt elke zondag een volledige back-up gemaakt, en van maandag tot en met zaterdag elke avond een differentiële back-up. Elke dag wordt 20 GB aan andere gegevens gewijzigd die tot dan toe ongewijzigd waren. Wat is de totale omvang van de zes differentiële back-ups van maandag tot en met zaterdag?
- Welke beschrijving van de RPO (recovery point objective) in een bedrijfscontinuïteitsplan is juist?
- Voor een systeem is de RPO (recovery point objective) vastgesteld op 4 uur en de RTO (recovery time objective) op 2 uur. Een storing kan op elk moment optreden, en de tijd die het maken van een back-up kost, is te verwaarlozen. Welke aanpak voor gegevensbescherming haalt deze doelen?
- Database-updates worden synchroon gerepliceerd tussen twee datacenters die 1000 km van elkaar liggen. Bij elke update wacht het systeem op één heen-en-terugreis: de overdracht naar de andere locatie en de melding dat het schrijven klaar is. Neem voor de lichtsnelheid in glasvezel ongeveer 200.000 km/s en neem aan dat de lengte van het vezeltraject gelijk is aan de afstand in rechte lijn. Welke waarde ligt het dichtst bij de toename van de responstijd van één update die alleen door de voortplanting van het signaal wordt veroorzaakt?
- Wat beheert de gebruiker bij een IaaS-clouddienst in het algemeen zelf?
- Welke van de manieren om de verwerkingscapaciteit van een systeem te vergroten, is scale-out?
- Welk ontwerp is in het algemeen wenselijk voor een systeem dat met autoscaling automatisch servers toevoegt en verwijdert naar gelang de belasting?
- Welke beschrijving van livemigratie in een gevirtualiseerde omgeving is juist?
- Welke beschrijving van een CDN (content delivery network) is juist?
- In een halfgeleiderfabriek wil men afwijkingen snel opsporen met sensorgegevens die met hoge frequentie van veel productieapparaten worden verzameld. In plaats van alle gegevens voor verwerking naar een verre cloud te sturen, verwerkt edgecomputing ze op computers die dicht bij de apparatuur staan. Wat is een belangrijk voordeel van edgecomputing?
- Welke beschrijving van een SAN (storage area network), een van de manieren om opslag aan te sluiten, is juist?
- Uit een opslagpool met een fysieke capaciteit van 100 TB zijn met thin provisioning 30 volumes met elk een logische capaciteit van 5 TB gemaakt. Op dit moment is gemiddeld 40% van de logische capaciteit van elk volume beschreven, en de gegevens groeien met in totaal 2 TB per week. Wanneer bereikt de bezetting van de pool 80%, als het verwijderen en comprimeren van gegevens buiten beschouwing blijft?
- In een datacenter verbruikt de IT-apparatuur 800 kW, de koelvoorzieningen 280 kW, en verliezen in de stroomvoorziening, verlichting en dergelijke 120 kW. Als de koelmethode zo wordt verbeterd dat alleen het verbruik van de koelvoorzieningen halveert, wat is dan de PUE?
- Wat is de reden om in een datacenter een UPS (ononderbroken stroomvoorziening) te combineren met noodstroomaggregaten?
- Welke beschrijving van het principe van hot aisles en cold aisles bij de opstelling van serverracks in een datacenter is juist?
- Er wordt een websysteem ontworpen dat bij piekbelasting 1800 aanvragen per seconde moet verwerken. Eén server kan ten hoogste 250 aanvragen per seconde verwerken, en de bezetting van elke server moet op hoogstens 70% blijven. Bovendien moeten de overige servers nog aan deze voorwaarde voldoen als één server uitvalt (N+1-configuratie). Hoeveel servers zijn er minimaal nodig als de belasting gelijkmatig wordt verdeeld?
Andere onderwerpen in Computersystemen
- Computerarithmetiek IEEE 754, vaste komma, afrondingsfouten
- Kansrekening, statistiek en wachtrijen Tellen, kansverdelingen, schatten en toetsen, M/M/1
- Instructieset en assembly RISC-V, adresseringsmodi, aanroepconventies
- Compilers Parsing, SSA, optimalisatie, registertoewijzing
- Linker, loader en uitvoerbare formaten ELF, symbolen, relocatie, dynamisch linken
- Besturingssysteem en hardware Interrupts, systeemaanroepen, paginafouten
- Basis van Linux en de opdrachtregel Shell, bestandsrechten, pipes, scripts
- Geheugenhiërarchie en prestaties Cache, vervangingsbeleid, drie soorten misses
- Multicore en synchronisatie MESI, atomaire instructies, geheugenbarrières
- GPU-programmeren Warps, gedeeld geheugen, coalescing, occupancy
- AI-hardware en softwarestack Inferentie vs training, kwantisatie, roofline
- Basis van machine learning Leervormen, evaluatiematen, neurale netwerken
- Embedded systemen en firmware GPIO, UART/SPI/I2C, RTOS
- Hardwarebeschrijvingstalen en verificatie Verilog, latches, toestandsmachines, testbenches
- Interfaces en busstandaarden PCIe, USB, SerDes, CXL
- Basis van computernetwerken TCP/IP, subnetberekening, DNS, TLS
- Basis van webtechnologie HTTP, cookies, REST, CORS, caching
- Basis van draadloze communicatie Modulatie, OFDM, MIMO, RF-schakelingen
- Basis van informatiebeveiliging Cryptografie, authenticatie, webaanvallen
- Basis van databases SQL, normalisatie, transacties
- Datastructuren en algoritmen Complexiteit, zoeken, sorteren, grafen
- Basis van programmeren (pseudocode traceren) Pseudocode, traceren, arrays, recursie
- Basis van programmeren in C Pointers, geheugen, ongedefinieerd gedrag
- Softwareontwikkeling en projectmanagement Processen, testen, planning en kosten
- Basis van bedrijfsstrategie en boekhouding Boekhouding, break-even, strategie, marketing
- IT-servicemanagement en IT-audit SLA's, incidenten en problemen, audit en interne beheersing
- Prestatiemeting en profiling Wet van Amdahl, CPI, knelpunten
- Hardwarebeveiliging Side channels, secure boot, TEE, PUF
- Energiebeheer (softwaregestuurd) DVFS, power gating, slaaptoestanden