什麼是雙工系統(Duplex system)

以進行處理的主系統(運轉系統)與防備故障的備援系統2套組成系統,主系統故障時切換到備援系統繼續處理的備援方式。依備援系統的準備程度,分為熱備援、暖備援、冷備援。

日文名稱: デュプレックスシステム

「雙工系統(Duplex system)」出現在1領域的2道練習題中(系統架構與可靠度設計等)。

這個名詞所屬的領域: 系統架構與可靠度設計

與雙重系統的差異

雙重系統由2套系統同時進行相同的處理並比對結果。雙工系統平時只由主系統處理,備援系統則為防備主系統故障而待命。雙重系統在錯誤偵測與切換速度上較優,但2套系統一直在運轉,費用較高。雙工系統較容易壓低費用,但切換期間處理會停止,切換前一刻的處理也可能遺失。

熱備援、暖備援、冷備援

熱備援讓備援系統保持啟動,並隨時把主系統的資料反映到備援系統,能在短時間內切換。冷備援讓備援系統停止或用於其他工作,故障後才進行啟動與資料復原,切換需要時間,但能壓低費用。暖備援介於兩者之間,備援系統雖已啟動,但接手處理前需要啟動應用程式或反映資料等準備。選擇哪一種,取決於可容許的停機時間與費用。

切換的機制與注意事項

主系統的故障是透過主系統與備援系統之間定期交換訊號的心跳(heartbeat)等方式偵測,並自動把處理移到備援系統(failover)。為了防止因通訊故障使雙方都判斷對方已停止、兩者都以主系統身分運作的狀態(腦裂,split brain),有時會另外準備第三方的監視機制。此外,備援系統能否正確接手,必須定期進行切換測試來確認。

練習雙工系統(Duplex system)的題目

將半導體工廠製造執行系統(MES)的伺服器,做成由主系統(運轉系統)與備援系統組成的雙工系統。當備援系統採用熱備援時,其特徵為下列何者?

  1. A讓備援系統處於啟動狀態待命,並隨時把主系統的資料反映到備援系統,因此主系統故障時能在短時間內切換
  2. B備援系統平時關閉電源,主系統故障後才啟動並復原資料,因此切換需要時間,但能節省待命期間的電力與費用
  3. C主系統與備援系統同時進行相同的處理,一邊比對結果一邊運轉
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正確答案:A. 讓備援系統處於啟動狀態待命,並隨時把主系統的資料反映到備援系統,因此主系統故障時能在短時間內切換

熱備援是讓備援系統保持啟動狀態,並隨時將主系統的資料反映到備援系統的方式,主系統故障時能在短時間內接手處理。MES 一旦停止,就無法指示批次的進行方式、指定設備的配方或記錄製造履歷,因此一般會選擇能在短時間內切換的架構。讓備援系統停止、故障後才啟動的方式是冷備援,兩者的中間(已啟動,但接手處理前需要準備)稱為暖備援。由2套系統同時進行相同的處理並比對的是雙重系統。

常見問題

雙工系統的備援系統什麼都不做嗎?

在冷備援的情況下,備援系統有時會停止,或用於不急的批次處理等其他工作。主系統故障時,就停止那些工作來接手主系統的處理。在熱備援中,備援系統持續接收主系統的資料,以能立即接手的狀態待命。

雙工系統的可用率如何計算?

若視為主系統與備援系統只要有一方運轉就能繼續處理,可用並聯公式 1 − (1 − a)² 概算。不過實際上有切換裝置、切換所需的時間,以及兩者共同的故障原因(電源或設置場所等),因此不會像這個公式的值那麼高。

解析中的「雙工系統(Duplex system)」

出現「雙工系統(Duplex system)」的題目(2題)

  1. 將半導體工廠製造執行系統(MES)的伺服器,做成由主系統(運轉系統)與備援系統組成的雙工系統。當備援系統採用熱備援時,其特徵為下列何者?
  2. 關於雙重系統(dual system)的說明,下列何者適當?

相關名詞

雙重系統(Dual system) 熱備援(Hot standby) 水平擴展(Scale-out) 失效安全(Fail-safe) 失效弱化(Fail-soft) 防呆(Fool-proof) 負載平衡器(Load balancer) 容錯(Fault tolerance) 差異備份 單一故障點(SPOF)

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