Архивы: по дате | по разделам | по авторам

Сколько стоит "упасть - отжаться"

Архив

автор : Максим Отставнов 27.10.1998

СТАТИСТИКА - она кому улыбается, а кому рожи корчит.
Виктор Суворов, "Аквариум"

Евгений Козловский в одном из "Огородов", обсуждая возможные последствия сбоя питания во время записи компакт-диска, заметил, что при нынешних ценах на защитную аппаратуру работать на компьютере без источника бесперебойного питания (ИБП) "просто безнравственно".

С нравственностью у меня с детства сложности, и при первой возможности я стараюсь заменить этические рассуждения бухгалтерскими подсчетами. Иногда это удается, иногда нет, но в данном случае кажется вполне возможным.

Проблемы с питанием - вещь стохастическая и нелинейная; я помню, что года четыре просто не задумывался о них применительно к своему "домашнему офису" (состоящему в то время лишь из одного персонального компьютера) - не было повода.

Зато за последние два года энергия пропадала во время работы раз десять: то ли переезд сказался, то ли работать стал больше. Причем дважды это приводило к существенным потерям времени и других ресурсов, и в последний раз, совсем недавно, к очень существенным... которые стали бы катастрофическими, если бы не дружеская поддержка коллег из соседнего журнала, за которую я уже имел возможность их поблагодарить.

Задним умом (или "на лестнице", как говорят англичане) умны все, но сотрудничество с масс-медиа дает возможность на "заднем уме" заработать. Я так понимаю (см. эпиграф), что у меня был шанс и не получить личного опыта, относящегося к сегодняшней теме, но он не реализовался (см. тот же эпиграф). Пришлось бы обращаться только к опыту корпоративному, о котором ниже.

Часто или редко, но все мы "падаем". Сколько стоит после такого падения "отжаться"?

Потенциальный ущерб от сбоев электропитания и перерывов в его подаче можно разнести на три статьи расходов: вынужденный простой, повреждение оборудования и повреждение или утрата данных. Обсудим их экономику подробнее.

Вынужденный простой

Очевиден риск вынужденного простоя ресурсов (как оборудования, так и персонала) за время отсутствия электроэнергии. Если работы, выполняемые с использованием компьютеров, критичны для бизнеса (а бывает такое, что некритичны?), бизнес стоит, пока нет тока. Более того, уже после ликвидации проблемы персонал и оборудование будут некоторое время использоваться в авральном режиме, чтобы компенсировать упущенное время, а такой режим резко повышает другие риски, например, возможность ошибки оператора.

Можно ли как-то управлять такого рода рисками? - Конечно, да. Стратегия действий на случай длительного отсутствия энергии будет значительно различаться в зависимости от характера и размеров бизнеса. Не забывайте, что в стратегии, прежде всего, важно не то, хорошая она или плохая, а то, чтобы она вообще была. Худшее, что с вами может произойти: критическая ситуация настала, а плана действий нет вообще никакого.

Для крупной компании, почасовые убытки которой от простоя измеряются тысячами долларов, "предельным" техническим решением может стать развертывание собственной системы аварийного (резервного) энергоснабжения, способной "держать" хотя бы самые важные машины в сети в течение нескольких часов. Соответственно, и стоимость такого решения будет измеряться в десятках или сотнях тысяч долларов.

Намек: в двух известных мне случаях менеджеры выкрутились, заключив полулегальные соглашения на часть резервной мощности с владельцами помещений, в которых они арендовали офисное пространство. Системами резервного энергоснабжения с советских времен обладают институты-"почтовые ящики", предприятия оборонного значения и - несколько неожиданно - медицинские учреждения. И эти системы даже не везде успели прийти в негодность.

Если потенциальные убытки меньше стоимости развертывания подобной системы, их все же можно технически подстраховать и другим способом: разнеся выполнение работ по разным офисам, схема включения которых в электросеть снижает вероятность одновременного отключения. Это требует дополнительного искусства менеджмента: ведь если при распределении работ останутся какие-то "узкие" участки, жизненно важные для выполнения общего задания, антистатистический "закон подлости" накроет именно соответствующую часть "распределенного" офиса.

Для средних и небольших компаний возможность снижения "энергетических" инфраструктурных рисков может стать дополнительным аргументом в пользу перехода к частично "виртуальной" организации офиса с установкой компьютеров у сотрудников дома. Здесь опять-таки не все однозначно: снижая инфраструктурные риски, связанные с энергетикой, мы повышаем риски, связанные с коммуникациями.

И, опять-таки, есть дополнительная работа для проектировщика: если производство в основе своей информационное и взаимодействие с партнерами, клиентами и подрядчиками осуществляется телекоммуникационно, следует предусмотреть дополнительные "точки входа" для внешних коммуникаций, скажем, прием данных по телефонной линии сотрудника в случае, если выделенная линия в основном офисе окажется бесполезной. Также следует предусмотреть геодезическую (все-со-всеми), а не звездообразную топологию передачи информации между рабочими местами - по тем же причинам.

Для совсем маленьких организаций и домашних офисов очевидное решение - использование мобильных компьютеров с возможностью питания от батарей. Даже если перерыв в подаче энергии превышает время работы от батарей, ноутбук или сабноутбук можно взять под мышку и перетащить в дружественный офис или просто к знакомым.

Наверное, снижения рисков ущерба от перерыва в электропитании в большинстве случаев самого по себе недостаточно, чтобы сделать выбор в пользу мобильного устройства, которое дороже стационарного аналога в полтора-три раза, однако одним из факторов оно может стать.

Существует множество методик подсчета рисков, связанных с некачественным энергопитанием в конкретных пользовательских условий, однако первичную и приблизительную их оценку можно высчитать, обратившись к интерактивной анкете, подобной изображенной на рисунке (это страница с корпоративного сервера APC: www.apcc.com/english/itool/ruatrisk.cfm).

Пользователю предлагается ответить на ряд вопросов, связанных с условиями эксплуатации электросети в точке подключения, сетевой топологией и общим качеством электропитания, а также о частоте гроз в районе. В соответствии с ними, вычисляется оценка риска в условных единицах от 0 до 1700.

Но самое интересное, что после этого можно сделать еще один шаг, и перейти на страницу окупаемости вложений в защитное оборудование. Здесь уже нужно отвечать на вопросы, связанные с размерами, интенсивностью использования компьютерной техники, финансовыми показателями бизнеса и стоимостью простоя персонала. В результате будет вычислена оценка окупаемости уже во вполне безусловных денежных единицах.

Повреждение оборудования

Все же долговременные, по несколько часов, провалы в подаче электроэнергии - не столь частое явление. Перепады напряжения, всплески и кратковременные отключения - гораздо более знакомы. Повреждение оборудования вследствие сбоя, скачка или перепада напряжения в электросети - следующая группа рисков.

В фольклоре западных (особенно американских) компаний, связанных с обработкой данных, по моим наблюдениям, любимый сюжет - попадание молнии в громоотвод, скачок в электросети и коммуникационных линиях и, как следствие, гора битого железа и гигабайты утраченных данных.

Насколько я понимаю, удары молнии не слишком частая причина порчи компьютерного оборудования у нас в стране: компании (так же, как и люди) "живут" здесь более скученно, в основном, в городах, а не пригородах, и молнии попадают в громоотводы на фабричных трубах и т. п.

По крайней мере, я был свидетелем такого события лишь однажды: молния попала в громоотвод на одном из корпусов загородного кампуса Международной академии XXXX, с которой я сотрудничал в одной из прошлых жизней. Произошло это, к счастью, в уикенд, когда включены были лишь серверы (светлая им память) и несколько машинок в учебных классах. Честное слово, об этом лучше читать, чем видеть.

Техногенные сбои более характерны для нашей действительности. В YYYY политехе, где я работал в одной из своих еще более прошлых жизней, сбои происходили достаточно регулярно. Точнее, каждый раз, когда с проводов проходящей рядом контактной линии слетали штанги очередного подвижного средства, не вписавшегося в крутой поворот.

По всем правилам питание транспортных сетей должно быть развязано с двухсотдвадцативольтовыми сетями питания жилых домов и учреждений. Однако совпадение характерного подвывания останавливающегося электромотора троллейбуса с роковым миганием света выработало у меня своего рода рефлекс. Далеко не всегда машинка после этого оживала.

До сих пор не понимаю, почему помещения упомянутого вуза не скупили продавцы сетевых фильтров и источников бесперебойного питания под тестовую лабораторию для своей продукции. Именно эти два класса устройств призваны защитить компьютеры и периферию от такого рода напастей.

Сетевой фильтр выполняет две функции: он компенсирует скачки напряжения, с которыми может справиться, а если импульс настолько велик, что это оказывается невозможным, отключает нагрузку (то есть срабатывает, как автоматическая "пробка"-предохранитель).

Сетевые фильтры - относительно дешевые устройства, особенно если в один фильтр вы включаете компьютер и периферию (я посчитал сетевые шнуры, исходящие от оборудования моего предельно минимизированного домашнего рабочего места, их оказалось четыре: из системного блока, из монитора, из принтера плюс самое несуразное устройство в доме - блок питания для внешнего модема). Стоимость присутствующих сегодня на рынке сетевых фильтров составит в большинстве случаев лишь 2-5% от стоимости оборудования, которое они защищают.

Обычно сетевой фильтр - оптимальное решение для защиты бездисковой сетевой станции или компьютера, на котором выполняются не жестко таймированные работы (делопроизводство) и не хранятся важные данные. К сожалению, скачки напряжения бывают не только в сети питания, но и в сетях коммуникационных, поэтому фильтр сетевой стоит дополнить оборудованием для защиты и по этому рубежу: фильтрами-развязками для локальной сети и телефонной линии.

Технологии, используемые в качественных сетевых фильтрах, отработаны до предела и достаточно надежны. Настолько надежны, что, например, политика компании American Power Conversion (APC) в США предусматривает выплату компенсации в размере 25 тыс. долларов, если компьютер, защищенный сетевым фильтром (или источником бесперебойного питания) этой компании, тем не менее, оказался поврежден в результате наводок и разрядов. Сумма компенсации возрастает до 50 тыс. долларов, если защищены были также и коммуникационные линии.

Утрата данных

Больших затрат потребует защита менее осязаемых ресурсов - данных, хранящихся в информационных массивах.

Вообще говоря, отношение стоимости данных к стоимости оборудования - один из наиболее явных показателей того, насколько конкретная отрасль, конкретная компания или конкретное лицо уже перешло от индустриального способа существования к информационному.

Утрата данных происходит и во многих случаях повреждения оборудования - когда "летят" приводы и носители (см. предыдущую главку статьи). Однако исчезновение питания может привести к утрате данных, даже если носители и другое оборудование остается целым и невредимым.

Почему такое происходит? Для долговременного хранения используются носители, которые вообще-то энергонезависимы, то есть сохраняют данные в обесточенном состоянии. Но чем оптимальнее файловая система или структура базы данных с точки зрения производительности, тем критичнее она к корректному завершению работы с ней.

Изменение данных даже в простейшей файловой системе (например, FAT-16 и -32, используемых в "младших" платформах Microsoft - MS-DOS и Windows 3.x/9x) - не одномоментный процесс: за записью собственно данных следует модификация "индекса" тома - таблицы размещения файлов (file allocation table, FAT). Если в промежутке между этими шагами пропадет питание, индексация данных перестанет соответствовать самим данным.

Относительно легкий исход - потеря только обновляемых данных, которую, возможно, еще удастся восполнить одной из программ восстановления томов. В более тяжелых случаях разрушенной оказывается вся файловая структура тома.

Самый неприятный момент - неочевидные нарушения структуры и неочевидные повреждения содержимого файлов, которые могут остаться незамеченными до момента, когда пройдет полный цикл использования носителей для резервного копирования.

Угроза значительно возрастает, если используются оптимизированные подсистемы работы с хранимыми данными (кэш в оперативной памяти, в сетевых топологиях он может быть многоуровневым). Они "затачиваются" под наибольшую производительность, и утрата питания чревата уже потерей не только непосредственно записываемого в данный момент блока данных, но и всех данных, кэшированных в оперативной памяти, а их объем может быть достаточно велик, особенно в серверных конфигурациях.

Сервер, рабочая станция для выполнения ответственных работ (даже если под этим гордым названием скрывается обычная мощная персоналка), а также любой компьютер, на котором хранятся ответственные данные, - естественный кандидат на защиту с помощью источника бесперебойного питания (ИБП).

Функция ИБП - обеспечить компьютер питанием на время, достаточное для того, чтобы корректно завершить работу с кэшированными данными, демонтировать тома на магнитных носителях, закрыть базы данных и т. п. Вкупе с правильным применением (в военном смысле слова, то есть применением по правилам) резервного копирования данных оборудование серверов и ключевых рабочих мест ИБП - путь к снижению риска утраты данных.

Ранние ИБП были исполнительными, но довольно "глупыми": при падении или исчезновении питания в сети они начинали истошно верещать и мигать лампочками, призывая на помощь дежурного администратора, которому приходилось самому выполнять срочный shutdown системы. И хорошо, если он оказывался рядом...

Их потомки стали "интеллектуальнее": современный ИБП соединяется с компьютером (цепляется на порт), на котором устанавливается программное обеспечение, способное выполнить за администратора основную работу: закрыть файлы и базы данных, демонтировать тома, сообщить о случившемся пользователям локальной сети и даже оповестить ответственное лицо по сети глобальной. Разумеется, если тревога оказалось ложной, он попытается восстановить состояние системы и спокойно займется подзарядкой собственных батарей.

Со всеми оговорками - статистика. По данным американской консалтинговой компании Contingency Planning, наиболее частой причиной утраты данных являются проблемы с электропитанием: к ним относятся 45% случаев. В оставшиеся 55% укладывается все остальное, включая неисправность оборудования, ошибки или повреждения программного обеспечения, ошибки и преднамеренный саботаж персонала, вирусные атаки и нападения злобных хакеров.

Современные ИБП выполняют также и функции сетевых фильтров. Разумеется, ИБП не только "умнее" и функциональнее фильтров, но и дороже: их стоимость в среднем - это 10-15% от стоимости защищаемого оборудования.

Но! Одно из исследований, проведенное учеными Университета Миннесоты (США), показало, что 30% американских компаний, "упавших" и потерявших все свои данные, просто не смогли "отжаться" и вернуться в бизнес. А вы смогли бы?

***

В статье использованы данные и оценки, предоставленные корпорацией American Power Conversion (www.apcc.com; www.accp.spb.ru).

Где хранят электричество

Сергей Леонов <sleo@computerra.ru>

Современные источники автономного электропитания состоят из гальванических элементов, соединенных в батареи, и дополнительных устройств: защищающих от перегрузок (плавкие вставки, терморезисторы, электронные ограничители тока), обеспечивающих оптимальный режим зарядки и контролирующих состояние (заряд) батареи.

Вкратце требования к источникам автономного электропитания таковы:

быстрая зарядка без эффекта памяти (объяснение см. ниже);
оптимальные соотношения емкость/масса и емкость/габариты;
возможность оперативно контролировать заряд батареи (с помощью какого-либо индикатора).

Химические источники автономного электропитания можно разделить на три наиболее общих типа:

неперезаряжаемые батареи;
перезаряжаемые батареи;
резервные батареи.

Неперезаряжаемые батареи обычно имеют наилучшие соотношения емкости и массы или емкости и объема, невысокий ток саморазряда и самую низкую стоимость хранения энергии. Например, применяемые с 90-х годов литиевые неперезаряжаемые батареи до сих пор имеют наибольшую удельную энергоемкость. Они нашли широкое распространение в портативных и миниатюрных устройствах, потребляющих небольшую мощность в течение длительного времени. В качестве электрохимической пары используются сочетания металлов цинк-марганец, цинк-серебро, цинк-ртуть и другие.

Перезаряжаемые батареи необходимы для питания мощных устройств, вызывающих большой разрядный ток. Стоимость хранения энергии у них, как правило, выше, чем у неперезаряжаемых батарей.

Одними из первых в системах автономного электропитания нашли применение кислотные свинцовые аккумуляторные батареи. Их преимуществом являются большая емкость и низкое внутреннее сопротивление - это позволяет получить большой разрядный ток, примерно на порядок превышающий ток заряда. Серьезный недостаток кислотных батарей - большой вес, обусловленный тем, что электроды изготовляются из свинца. Благодаря применению специальных исключающих газовыделение схем управления процессом заряда в современных свинцовых батареях практически решен вопрос герметичности элементов.

Никель-кадмиевые батареи, наиболее широко применяющиеся в качестве источников питания портативных компьютеров и радиоэлектронной аппаратуры, довольно дешевы и герметичны, однако имеют существенный недостаток - так называемый эффект памяти: не до конца разряженная батарея при очередной зарядке заряжается не полностью. Для решения этой проблемы разработаны специальные схемы зарядных устройств (сначала полностью разряжающие батареи и только после этого начинающие процесс заряда), а также источников питания (энергия батареи потребляется импульсами большой мощности, что приводит к уменьшению эффекта памяти и без полного разряда батареи). Эти батареи дешевы в производстве, имеют достаточно малый ток саморазряда, но по емкости и максимальной отдаваемой мощности все же не могут конкурировать с кислотными батареями. К тому же в начале 90-х годов развернулось общественное движение в защиту окружающей среды, призывающее к отказу от использования потенциально опасных химических соединений на основе кадмия.

Эффекта памяти лишены никель-металлгидридные батареи. Они имеют более высокую, чем никель-кадмиевые, удельную емкость, не содержат опасных для окружающей среды веществ (ртути или кадмия), но и им присущи недостатки: во-первых, необходим более точный контроль процесса зарядки, так как избыточный заряд может повредить никель-металлгидридные батареи, а во-вторых, невозможно получение больших разрядных токов. Еще одна особенность, обусловливающая область применения этих батарей, - большой ток саморазряда. Иными словами, никель-металлгидридные батареи целесообразно устанавливать в часто используемых устройствах, для которых срок простоя батареи в заряженном состоянии минимален.

С конца 80-х годов компании Sony и Rayovac активно работали над созданием перезаряжаемых батарей на основе неметаллического лития (диоксид лития), получивших название ионно-литиевых, и уже в начале 90-х Sony начала производство батарей, имеющих удельную плотность энергии примерно 90 ВтЧч/кг (для сравнения, у никель-кадмиевых батарей этот показатель не превышает 40 ВтЧч/кг). Стоимость ионно-литиевых батарей вдвое превышает стоимость никель-металлгидридных и вчетверо - никель-кадмиевых. Данное обстоятельство определяет область применения этих батарей: преимущественно это дорогие приборы ценой от нескольких тысяч долларов (стоимость батареи составляет менее 10 процентов от общей цены), а также легкие и энергоемкие устройства - сотовые телефоны, сверхлегкие ноутбуки и др. Ионно-литиевые батареи не имеют эффекта памяти. Научные исследования направлены на увеличение числа циклов перезарядки и удельной плотности энергии. Основными производителями таких батарей сегодня являются японские компании Sony, Sanyo, Matsushita (Panasonic) и Toshiba.

Современные разработки привели к появлению батарей с использованием полимеров в качестве электролита или даже катода. Эта технология позволяет создавать очень тонкие элементы питания, толщиной всего 1-2 миллиметра, превосходящие по удельной емкости никель-кадмиевые примерно вчетверо. Пока они имеют серьезный недостаток: срок их службы ограничен 150-200 часами. Эти элементы приближаются сегодня по энергетическим характеристикам к ионно-литиевым, при лучших габаритных и стоимостных показателях.

В западной прессе периодически поднимается вопрос безопасности использования некоторых типов источников питания, и одной из причин поиска замены ионно-литиевой технологии послужило то, что отмечались случаи самопроизвольного разогрева и расплавления ионно-литиевых элементов, что могло привести к возгоранию. Некоторые компании даже считают необходимым полностью убрать из названия новых батарей на основе лития само слово "литий", чтобы у потребителей не возникало ассоциаций с ионно-литиевыми батареями.

Батареи на основе литиевых соединений обеспечивают напряжение на одном элементе до 2-3 вольт, что во многих случаях позволяет отказаться от последовательного соединения элементов, особенно учитывая появление микросхем с напряжением питания менее 3 вольт. Напряжение батареи в течение срока службы меняется незначительно, поэтому не требуются линейные стабилизаторы, вызывающие повышенный расход энергии, или импульсные преобразователи.

Резервные батареи предназначены для длительного хранения в неактивном состоянии и могут приводиться в состояние готовности добавлением электролита, химических компонентов или, в случае термических батарей, расплавлением электролита. В них используются самые разные химические соединения на основе серебра, цинка, лития, железа, свинца и т. п. Такие источники питания предназначены для однократного применения с мощными устройствами в условиях длительного хранения в неактивном состоянии и распространены преимущественно в военной технике (источники питания в ракетах, минах, торпедах и т. д.). Стоимость хранения энергии у них выше, чем у любых других батарей. Сегодня работы по улучшению характеристик таких батарей идут в направлении увеличения напряжения единичного элемента, при этом, правда, наиболее перспективным представляется опять же применение литиевых соединений, позволяющих достигать напряжения 3-4 вольта на один элемент.