計算密集型應(yīng)用下嵌入式雙機(jī)容錯系統(tǒng)研究與實現(xiàn).pdf

1、隨著ARM處理器性能不斷提升，同時又兼顧低功耗、體積小的特點，嵌入式計算密集型應(yīng)用越來越多。鑒于計算密集型領(lǐng)域系統(tǒng)的可靠性要求高，因此如何設(shè)計高可靠性嵌入式系統(tǒng)成為一個至關(guān)重要的課題。
　　檢查點機(jī)制和雙機(jī)容錯機(jī)制是提高系統(tǒng)可靠性的有效途徑，檢查點機(jī)制可以縮短任務(wù)恢復(fù)時間，通常應(yīng)用于通用計算機(jī)數(shù)據(jù)計算領(lǐng)域，雙機(jī)容錯機(jī)制可以容忍永久故障。傳統(tǒng)意義上的嵌入式雙機(jī)容錯系統(tǒng)并沒有考慮到檢查點機(jī)制，一旦計算機(jī)出現(xiàn)瞬時故障任務(wù)只能從程序起始位

2、置運(yùn)行，這樣程序恢復(fù)代價大，僅適用于工控領(lǐng)域和其他不需要連續(xù)計算的領(lǐng)域。由于計算密集型程序運(yùn)算時間長，并且不能被打斷，因此傳統(tǒng)雙機(jī)容錯系統(tǒng)已不再適用。本論文根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的特點，以傳統(tǒng)的雙機(jī)容錯系統(tǒng)為基礎(chǔ)，結(jié)合檢查點機(jī)制，提出了一種能夠運(yùn)用到嵌入式計算密集型領(lǐng)域的雙機(jī)容錯系統(tǒng)。
　　檢查點設(shè)置時間間隔的長短直接影響系統(tǒng)的可靠性和額外開銷率。本文在研究影響系統(tǒng)可靠性因素、檢查點機(jī)制以及雙機(jī)容錯機(jī)制基礎(chǔ)上，分析瞬時故障和永久故障的特點

3、，根據(jù)馬爾可夫過程提出兩個檢查點設(shè)置優(yōu)化模型:一個是基于任務(wù)截止時間的檢查點時間間隔優(yōu)化模型，它可以研究在截止時間到來之前任務(wù)完成的概率;另一個是基于多級檢查點的時間間隔優(yōu)化模型，它在前一模型基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，引入二級檢查點從而縮短故障檢測時間。當(dāng)二級檢查點工作時間較短時，基于多級檢查點時間間隔優(yōu)化模型明顯優(yōu)于前一模型。接著以基于多級檢查點時間間隔優(yōu)化模型為指導(dǎo)，實現(xiàn)了基于最優(yōu)檢查點的嵌入式雙機(jī)容錯系統(tǒng)，它可以修復(fù)瞬時故障和容忍永久故障，

4、并著重介紹了設(shè)計和實現(xiàn)過程。檢查點保存進(jìn)程信息時，I/O操作次數(shù)較多，本文提出寫緩沖優(yōu)化算法，減少I/O操作次數(shù)，以提高檢查點性能，經(jīng)過測試寫緩沖優(yōu)化算法最大可以達(dá)到36％性能提升率。最后，本文以兩個計算密集型算法（矩陣相乘和SUSAN算法）為例進(jìn)行系統(tǒng)測試，表明最優(yōu)檢查點設(shè)置算法能夠明顯提高嵌入式計算密集型應(yīng)用下雙機(jī)容錯系統(tǒng)的可靠性。通過本課題的研究，對構(gòu)建瞬時故障和永久故障不可忽略的、面向計算密集型應(yīng)用的嵌入式系統(tǒng)有一定的理論和應(yīng)用