Split Brain
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Split Brain (englisch: geteiltes Gehirn) ist ein Begriff in der Hirnforschung und in der Informatik.
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[Bearbeiten] Hirnforschung
Split Brain bezeichnet in der Hirnforschung eine heute nur noch als letztes Mittel eingesetzte Behandlungsmethode von Epilepsie. Dabei wird der Balken (corpus callosum), der die beiden Hirnhemisphären miteinander verbindet, durchtrennt. Die Patienten zeigen in natürlicher Umgebung keine Auffälligkeiten. Die fehlende Verbindung von linker und rechter Hemisphäre lässt sich dennoch experimentell nachweisen: Zeigt man Split-Brain-Patienten im linken Gesichtsfeld (genauer: auf den linken Netzhauthälften beider Augen) ein Objekt, können sie es nicht benennen. Dies liegt daran, dass sich das Sprachzentrum bei den meisten Menschen in der linken Hemisphäre befindet. Die Informationen aus dem linken Gesichtsfeld werden jedoch nur an die rechte Hemisphäre geleitet. Aufgrund des durchtrennten Balkens können beide Hemisphären bei Split-Brain-Patienten nicht miteinander kommunizieren. Dadurch sind die Informationen, die in der rechten Hirnhälte verarbeitet werden, für das Sprachzentrum nicht verfügbar. Die Betroffenen sind jedoch in der Lage mit der von der rechten Hemisphäre gesteuerten linken Hand einen gleichartigen Gegenstand zu greifen. Dieses Symptom tritt nicht auf, wenn der Balken aufgrund einer angeborenen Fehlbildung des Gehirns fehlt. In diesem Fall spricht man von einer Corpus-callosum-Agenesie. Es wird vermutet, dass das Fehlen des Balkens, in diesem Fall, durch Querverbindungen zwischen den beiden Hemisphären ausgeglichen wird.
Bedeutende Forscher auf dem Gebiet des Split Brains waren Joseph Bogen, Roger Sperry und Michael Gazzaniga.
[Bearbeiten] Computercluster
SplitBrain bezeichnet in der Informatik einen absolut unerwünschten Zustand eines Computerclusters. Er entsteht durch die gleichzeitige Unterbrechung aller Zwischenverbindungen zwischen den Clusterteilen.
[Bearbeiten] Formen
Grundsätzlich unterscheidet man zwischen
- der (Ab-)Trennung eines Einzelknotens, ein Extrembeispiel dafür ist die Teilung eines 2-Knoten-Clusters
- der Auftrennung eines Mehr-Knoten-Clusters (>2) in ungleiche Teile
- der Auftrennung eines Mehr-Knoten-Clusters (>2) in gleiche Teile
- der Auftrennung eines Mehr-Knoten-Clusters (>2) in mehrere Teile. Diese letzte Situation wird jedoch als mehrere einzelne Split Brain-Szenarien betrachtet.
[Bearbeiten] Zustandekommen
Zur Koordination der Transaktionen im Cluster wird in der Regel ein Cluster Interconnect oder ein Quorum verwendet - je nach eingesetzter Technologie. Wird die Verbindung zwischen einem oder mehreren Teilen des Clusters über diesen Weg unterbrochen, kann keines noch unterscheiden ob es sich um einen partiellen Ausfall oder eine Trennung handelt. Alle dieser (nun isolierten) Clusterfragmente arbeiten für sich weiter, um die Bereitstellung des Dienstes ("Service") aufrechtzuerhalten. Da im Normalfall die Netzwerkanbindung in das öffentliche Netz (also in Richtung User) noch funktioniert, ergeben sich Probleme:
[Bearbeiten] Auswirkungen
Das Grundproblem von Split Brain ist der Umstand, daß mindestens zwei Teile noch funktionieren, jedoch keine Koordination zwischen ihnen mehr möglich ist. Während dies bei reinen Lesezugriffen noch nicht unmittelbar problematisch scheint, führt ein Schreibzugriff zu massiven Konflikten: Die Schreibvorgänge verteilen sich über die (zwar funktionierenden aber voneinander isolierten) Teile des Clusters, wobei aber der Middle Tier bzw. der User nichts ungewöhnliches bemerkt (das Cluster verhält sich im Normalbetrieb aus Anwendersicht gleich). Dabei kann jedoch durch die unterbrochene Zwischenverbindung der von Knoten/Teil A geschriebene Block durch Knoten/Teil B nicht gelesen werden (und umgekehrt).
Die Datenstände laufen daher auseinender, die Konsistenz der Daten ist nicht mehr gewährleistet. Ein Recovery aus dieser Situation ist im Normalfall nur unter indiskutablem Zeitaufwand machbar oder gar gänzlich unmöglich.
[Bearbeiten] Gegenmaßnahmen
Die Grundlage aller Gegenmaßnahmen ist der gleichzeitige Einsatz von Quorum und Cluster Interconnect: Die Trennung einer der beiden Koordinationsmöglichkeiten erlaubt noch immer die Unterscheidung zwischen Teilung und partiellem Ausfall.
Die Abdeckung paralleler Ausfälle (gleichzeiger Verlust mehrerer betriebskritischer Teile) erhöht den Aufwand enorm - im Falle Split Brain-Verhütung fängt beispielsweise die Verwendung mehrerer Quoren und der Einsatz parallelisierter / gebondeter Interconnects den Ausfall von Interconnect und einer Storage ab.
Im Zusammenspiel zwischen Quoren und Interconnect ist eine zuverlässig automatisierte Entscheidungsfindung notwendig, so wird beispielsweise bei der Oracle Clusterware die Entscheidung folgendermaßen getroffen:
Es überlebt nach dem Verlust des Interconnects (Reihenfolge wird beachtet):
- der Teil/Knoten mit der Sicht auf die meisten der Quoren
- der Teil/Knoten mit der höchsten Arbeitslast.
Um nicht das eben durch mehrere Quoren vermeintlich gelöste Problem zu wiederholen (Ich sehe zwei Quoren, Du siehst zwei Quoren, aber leider sehen wir zwei verschiedene Paare!) verwendet Oracle eine ungerade Anzahl dieser Quoren. Alle Knoten die sich im Quorum treffen, müssen sich auch im Interconnect sehen. Ist dies nicht der Fall, entscheiden die Last- und Topologieinformationen in der Voting Disk über Leben und Tod des Knotens. Die eben genannte Entscheidungsliste wird erweitert:
- der Teil/Knoten mit der Sicht auf die meisten der Quoren
- der Teil mit den meisten Knoten
- der Teil/Knoten mit der höchsten Arbeitslast.
