Hochverfügbarkeit

Hochverfügbarkeit (englisch high availability, HA) bezeichnet die Fähigkeit eines Systems, trotz Ausfalls einer seiner Komponenten mit einer hohen Wahrscheinlichkeit (oft 99,99 % oder besser) den Betrieb zu gewährleisten. Das Gegebensein von Robustheit gegen Benutzungsfehler (vormals als „Fehlertoleranz“ bezeichnet) gilt als Grundvoraussetzung für die Bereitstellung bzw. Verwirklichung von „Hochverfügbarkeit“. Die essentiellen Funktionen eines Systems, das dem Kriterium der „Hochverfügbarkeit“ genügen soll, dürfen nur innerhalb festgelegter Zeiten oder allenfalls minimal zur Hauptbetriebszeit unterbrochen werden.

Verfügbarkeit und Hochverfügbarkeit

Ein System wird als verfügbar bezeichnet, wenn es in der Lage ist, die Aufgaben zu erfüllen, für die es vorgesehen ist. Als Verfügbarkeit wird die Wahrscheinlichkeit bezeichnet, dass ein System innerhalb eines spezifizierten Zeitraums funktionstüchtig (verfügbar) ist. Die Verfügbarkeit wird als Verhältnis aus ungeplanter (fehlerbedingter) Stillstandszeit (= Ausfallzeit) und gesamter Produktionszeit eines Systems bemessen:

• $\mathrm {Verf{\ddot {u}}gbarkeit(in~Prozent)} =\left(1-{\frac {\mathrm {Ausfallzeit} }{\mathrm {Produktionszeit} +\mathrm {Ausfallzeit} }}\right)\cdot 100$

oder auch:

• $\mathrm {Verf{\ddot {u}}gbarkeit(in~Prozent)} =\left({\frac {\mathrm {Produktionszeit(uptime)} }{\mathrm {Produktionszeit(uptime)} +\mathrm {Ausfallzeit(downtime)} }}\right)\cdot 100$

Die genaue Definition von Hochverfügbarkeit kann variieren. Das

Institute of Electrical and Electronics Engineers

(IEEE) gibt folgende Definition:

“High Availability (HA for short) refers to the availability of resources in a computer system, in the wake of component failures in the system.”

Eine andere Definition der Hochverfügbarkeit lautet:

„Ein System gilt als hochverfügbar, wenn eine Anwendung auch im Fehlerfall weiterhin verfügbar ist und ohne unmittelbaren menschlichen Eingriff weiter genutzt werden kann. In der Konsequenz heißt dies, dass der Anwender keine oder nur eine kurze Unterbrechung wahrnimmt. Hochverfügbarkeit (abgekürzt auch HA, abgeleitet von engl.

high availability

) bezeichnet also die Fähigkeit eines Systems, bei Ausfall einer seiner Komponenten einen uneingeschränkten Betrieb zu gewährleisten.“

– Andrea Held: Oracle 10g Hochverfügbarkeit

Hochverfügbarkeit und Verfügbarkeitsklassen

Die Frage, ab welcher Verfügbarkeitsklasse ein System als hochverfügbar einzustufen ist, wird je nach Definition der Verfügbarkeit unterschiedlich beantwortet.

Eine Verfügbarkeit von 99 % definiert im Allgemeinen keine Hochverfügbarkeit, sie wird allgemein heutzutage als grundlegend oder normal angesehen, zumindest bei qualitativ hochwertigen EDV-Geräten. Folglich wird von Hochverfügbarkeit erst ab 99,9 % oder höher gesprochen. Ob aber bereits 3*9 ausreichen oder erst 4*9 oder 5*9 ein System zum hochverfügbaren System machen, ist quellen- und herstellerabhängig sowie unter dem jeweiligen Einsatzszenario zu bewerten. Im Allgemeinen kann ein System als hochverfügbar eingestuft werden, wenn seine jährliche Ausfallzeit im Bereich weniger Minuten (~99,999 % bzw. AEC-2) oder darunter liegt. Im Englischen spricht man auch von

dial-tone availability

(‚Wählton-Verfügbarkeit‘), da diese Hochverfügbarkeit für Festnetztelefonie erreicht wird.

Berechnet man mit der obigen Formel die Verfügbarkeit im Zeitraum eines Jahres, so entspricht eine Verfügbarkeit von 99,99 % beispielsweise einer Stillstandszeit von 52,6 Minuten. Man benutzt nun üblicherweise die Anzahl der Neunen in der Prozentangabe, um die Verfügbarkeitsklasse zu kennzeichnen: so bedeutet das obige Beispiel mit 99,99 % die Verfügbarkeitsklasse 4.

Bei einer gegebenen maximalen Ausfallzeit folgt eine Übersicht der relevanten Klassen 2 bis 6, wobei ein Jahr mit durchschnittlich 365,25 Tagen, der Monat als 1/12 Jahr gerechnet wird:

Verfügbarkeitsklasse 2

99 % ≡ 438 Minuten/Monat bzw. 7:18:18 Stunden/Monat = 87,7 Stunden/Jahr, d. h. 3 Tage und 15:39:36 h

Verfügbarkeitsklasse 3

99,9 % ≡ 43:48 Minuten/Monat oder 8:45:58 Stunden/Jahr

Verfügbarkeitsklasse 4

99,99 % ≡ 4:23 Minuten/Monat oder 52:36 Minuten/Jahr

Verfügbarkeitsklasse 5

99,999 % ≡ 26,3 Sekunden/Monat oder 5:16 Minuten/Jahr

Verfügbarkeitsklasse 6

99,9999 % ≡ 2,63 Sekunden/Monat oder 31,6 Sekunden/Jahr

Die rechnerische Verfügbarkeit bei einer Gesamtausfalldauer von einem Tag pro Jahr würde 99,73 % (fast VK3), von einer Stunde 99,989 % (praktisch VK4), von einer Minute 99,99981 % (fast VK6) und von einer Sekunde 99,9999968 % (VK7) betragen. Dies entspricht ziemlich genau den 3σ-, 4σ-, 5σ- und 6σ-Niveaus der Standardnormalverteilung.

Availability Environment Classification

Die Harvard Research Group (HRG) teilt Hochverfügbarkeit in ihrer

Availability Environment Classification

(AEC) in sechs Klassen ein.

HRG-Klasse	Bezeichnung	Erklärung
AEC-0	Conventional	Funktion kann unterbrochen werden, Datenintegrität ist nicht essenziell
AEC-1	Highly Reliable	Funktion kann unterbrochen werden, Datenintegrität muss jedoch gewährleistet sein
AEC-2	High Availability	Funktion darf nur innerhalb festgelegter Zeiten oder zur Hauptbetriebszeit minimal unterbrochen werden
AEC-3	Fault Resilient	Funktion muss innerhalb festgelegter Zeiten oder während der Hauptbetriebszeit ununterbrochen aufrechterhalten werden
AEC-4	Fault Tolerant	Funktion muss ununterbrochen aufrechterhalten werden, 24/7-Betrieb (24 Stunden, 7 Tage die Woche) muss gewährleistet sein
AEC-5	Disaster Tolerant	Funktion muss unter allen Umständen verfügbar sein

Vereinbarter Zeitraum der Verfügbarkeit

Die Hochverfügbarkeit wird in Unternehmen häufig im Rahmen von

Service Level Agreements

(SLA) definiert, und stellt ein wesentliches Bewertungskriterium für IT-Services dar.

Viele hochverfügbare Systeme müssen 24 Stunden am Tag, 7 Tage die Woche online sein, also das ganze Jahr „rund um die Uhr“. Manche dieser Systeme müssen die Eigenschaft der Hochverfügbarkeit jedoch nur für einen bestimmten Zeitausschnitt haben: Handelssysteme der Deutschen Börse etwa brauchen nachts und an börsenfreien Tagen nicht hochverfügbar zu sein, sondern nur während der Handelszeiten. Die Hochverfügbarkeit bezieht sich bei diesen Systemen damit nur auf die Arbeitstage und/oder die Tageszeit, an denen es benötigt wird.

Voraussetzungen für hohe Verfügbarkeiten

Generell streben HA-Systeme danach, so genannte

Single-Point-of-Failure

-Risiken (SPOF) zu eliminieren (ein SPOF ist eine einzelne Komponente, deren Versagen zum Ausfall des gesamten Systems führt).

Ein Hersteller eines hochverfügbaren Systems muss dieses mit folgenden Merkmalen ausstatten:

• Redundanz kritischer Systemkomponenten
• fehlertolerantes und robustes Verhalten des Gesamtsystems

Typische Beispiele für Komponenten, die zum Erreichen einer erhöhten Fehlertoleranz eingesetzt werden, sind unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV; engl.

uninterruptible power supply

, UPS), mehrfache Netzteile, ECC-Speicher oder der Einsatz von RAID-Systemen. Weiter kommen Techniken zur Serverspiegelung oder auch redundante Cluster zum Einsatz.

Je höher die geforderte Verfügbarkeit ist, desto mehr Aufwand muss der Betreiber investieren in:

• schnell erreichbares Fachpersonal
• Ersatzteilverfügbarkeit
• vorbeugende Wartung
• qualifiziertes Fehlermeldungs- und schnelles Kommunikationssystem

Hochspezialisierte Systeme mit höchsten Verfügbarkeiten sind beispielsweise

• die Continuum Serien von Stratus
• die Integrity NonStop Serien bei HP, die aus der Übernahme von Tandem (1997) sowie der Digital Equipment Corporation (1998) über Compaq hervorgegangen sind
• generell Großrechner, z. B. jene der System z-Serie der Firma IBM
• Fernsprechvermittlungsstellen.

Siehe auch

• Failover
• Fehlermanagement
• Lastverteilung (Informatik)
• Performance Management
• Shared Risk Link Group (SRLG)
• Single Point of Failure
• Switchover
• Standby-Datenbank

Literatur

• Martin Wieczorek, Uwe Naujoks, Bob Bartlett (Hrsg.): Business Continuity. Springer, 2003, ISBN 3-540-44285-5. 
• Marcus, Evan u. Stern, Hal: Blueprints for High Availability: Designing Resilient Distributed Systems. John Wiley & Sons, 2000, ISBN 0-471-35601-8. 
• Floyd Piedad, Michael Hawkins: High Availability: Design, Techniques and Processes. Prentice Hall Ptr, 2000, ISBN 0-13-096288-0. 

Weblinks

• BSI-Hochverfügbarkeitskompendium