基于主動(dòng)任務(wù)復(fù)制的透明容錯(cuò)計(jì)算研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、在容錯(cuò)計(jì)算系統(tǒng)的研究中，系統(tǒng)同步問(wèn)題是一個(gè)極其復(fù)雜的難點(diǎn)問(wèn)題；另外，在當(dāng)前以COST技術(shù)為基礎(chǔ)的軟件實(shí)現(xiàn)和軟硬件協(xié)同實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)計(jì)算的熱門研究中，容錯(cuò)透明性也一直是一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題；此外，基于卷回的故障恢復(fù)機(jī)制對(duì)系統(tǒng)I/O操作處理存在先天不足，必須加以克服。再者，由于半主動(dòng)任務(wù)復(fù)制和被動(dòng)任務(wù)復(fù)制的冗余方式不能容忍系統(tǒng)拜占庭故障，而主動(dòng)任務(wù)復(fù)制既可屏蔽系統(tǒng)崩潰失效，又可屏蔽拜占庭故障。鑒于這些重要問(wèn)題，本文通過(guò)對(duì)一般容錯(cuò)計(jì)算系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)原理進(jìn)

2、行深入研究，提出了容錯(cuò)系統(tǒng)的功能模型和同步定理，從而研究并實(shí)現(xiàn)了一種基于Linux/PC平臺(tái)下的TMR主動(dòng)任務(wù)復(fù)制透明容錯(cuò)計(jì)算系統(tǒng)。著重研究了該系統(tǒng)的同步策略、透明容錯(cuò)算法及其實(shí)現(xiàn)技術(shù)，并對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行了評(píng)估與優(yōu)化。 首先，根據(jù)容錯(cuò)計(jì)算的定義與實(shí)質(zhì)，通過(guò)Petri網(wǎng)工具，建立一般容錯(cuò)計(jì)算系統(tǒng)的功能模型，從理論上對(duì)容錯(cuò)計(jì)算系統(tǒng)的同步問(wèn)題進(jìn)行形式化研究，推導(dǎo)得出一般容錯(cuò)計(jì)算系統(tǒng)的同步定理，并在此基礎(chǔ)上，對(duì)容錯(cuò)計(jì)算系統(tǒng)的同步機(jī)制進(jìn)行系

3、統(tǒng)性研究。 其次，按同步定理要求，重點(diǎn)對(duì)TMR主動(dòng)任務(wù)復(fù)制容錯(cuò)系統(tǒng)的同步必要條件進(jìn)行研究，通過(guò)排除主動(dòng)復(fù)制任務(wù)進(jìn)程的局部非確定性操作對(duì)系統(tǒng)同步機(jī)制的影響，使系統(tǒng)同步必要條件得到滿足，從而設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) TMR 主動(dòng)任務(wù)復(fù)制容錯(cuò)系統(tǒng)的同步策略和同步算法。為使系統(tǒng)容錯(cuò)功能對(duì)用戶透明，本文專門研究設(shè)計(jì)了一種透明同步機(jī)制，它利用操作系統(tǒng)的ptrace調(diào)用暫停容錯(cuò)系統(tǒng)應(yīng)用任務(wù)的主動(dòng)復(fù)制進(jìn)程，解析主動(dòng)復(fù)制任務(wù)進(jìn)程中的系統(tǒng)調(diào)用，修改系統(tǒng)調(diào)用返回值，

4、從而實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)透明容錯(cuò)算法。而且利用Markov RewardModel工具，基于TMR冗余結(jié)構(gòu)，本文還對(duì)主動(dòng)任務(wù)復(fù)制容錯(cuò)計(jì)算系統(tǒng)的容錯(cuò)開銷進(jìn)行了理論計(jì)算，得出系統(tǒng)容錯(cuò)開銷與主動(dòng)復(fù)制任務(wù)進(jìn)程的同步頻率成正比。 基于PC/Linux系統(tǒng)平臺(tái)，通過(guò)主動(dòng)任務(wù)復(fù)制系統(tǒng)的透明容錯(cuò)算法，本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)TMR主動(dòng)任務(wù)復(fù)制透明容錯(cuò)計(jì)算系統(tǒng)。其中還設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)兩級(jí)表決的高可靠表決機(jī)制。并利用故障注入技術(shù)測(cè)試驗(yàn)證了該系統(tǒng)的透明容錯(cuò)功能。最后，

5、基于TMR主動(dòng)任務(wù)復(fù)制透明容錯(cuò)計(jì)算的PC/Linux平臺(tái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，本文對(duì)其進(jìn)行了性能分析與優(yōu)化。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試容錯(cuò)系統(tǒng)的容錯(cuò)開銷，驗(yàn)證了容錯(cuò)開銷與系統(tǒng)任務(wù)進(jìn)程的同步頻率成正比。并且，本文對(duì)容錯(cuò)開銷的基本原因進(jìn)行了分析，得知同步消息的通信開銷和主動(dòng)復(fù)制任務(wù)進(jìn)程的初始異步度是容錯(cuò)開銷的最為重要來(lái)源。由此，從減少同步消息的通信開銷和主動(dòng)復(fù)制任務(wù)進(jìn)程的初始異步度上對(duì)系統(tǒng)容錯(cuò)開銷進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出了一種基于以太網(wǎng)的低延遲通信方法LLCE。LLCE