基于主動任務復制的透明容錯計算研究與實現.pdf

1、在容錯計算系統的研究中，系統同步問題是一個極其復雜的難點問題；另外，在當前以COST技術為基礎的軟件實現和軟硬件協同實現容錯計算的熱門研究中，容錯透明性也一直是一個重點和難點問題；此外，基于卷回的故障恢復機制對系統I/O操作處理存在先天不足，必須加以克服。再者，由于半主動任務復制和被動任務復制的冗余方式不能容忍系統拜占庭故障，而主動任務復制既可屏蔽系統崩潰失效，又可屏蔽拜占庭故障。鑒于這些重要問題，本文通過對一般容錯計算系統的實現原理進

2、行深入研究，提出了容錯系統的功能模型和同步定理，從而研究并實現了一種基于Linux/PC平臺下的TMR主動任務復制透明容錯計算系統。著重研究了該系統的同步策略、透明容錯算法及其實現技術，并對系統性能進行了評估與優(yōu)化。 首先，根據容錯計算的定義與實質，通過Petri網工具，建立一般容錯計算系統的功能模型，從理論上對容錯計算系統的同步問題進行形式化研究，推導得出一般容錯計算系統的同步定理，并在此基礎上，對容錯計算系統的同步機制進行系

3、統性研究。 其次，按同步定理要求，重點對TMR主動任務復制容錯系統的同步必要條件進行研究，通過排除主動復制任務進程的局部非確定性操作對系統同步機制的影響，使系統同步必要條件得到滿足，從而設計實現 TMR 主動任務復制容錯系統的同步策略和同步算法。為使系統容錯功能對用戶透明，本文專門研究設計了一種透明同步機制，它利用操作系統的ptrace調用暫停容錯系統應用任務的主動復制進程，解析主動復制任務進程中的系統調用，修改系統調用返回值，

4、從而實現了系統透明容錯算法。而且利用Markov RewardModel工具，基于TMR冗余結構，本文還對主動任務復制容錯計算系統的容錯開銷進行了理論計算，得出系統容錯開銷與主動復制任務進程的同步頻率成正比。 基于PC/Linux系統平臺，通過主動任務復制系統的透明容錯算法，本文設計實現了一個TMR主動任務復制透明容錯計算系統。其中還設計實現了一個兩級表決的高可靠表決機制。并利用故障注入技術測試驗證了該系統的透明容錯功能。最后，

5、基于TMR主動任務復制透明容錯計算的PC/Linux平臺實現系統，本文對其進行了性能分析與優(yōu)化。通過實驗測試容錯系統的容錯開銷，驗證了容錯開銷與系統任務進程的同步頻率成正比。并且，本文對容錯開銷的基本原因進行了分析，得知同步消息的通信開銷和主動復制任務進程的初始異步度是容錯開銷的最為重要來源。由此，從減少同步消息的通信開銷和主動復制任務進程的初始異步度上對系統容錯開銷進行了優(yōu)化設計，提出了一種基于以太網的低延遲通信方法LLCE。LLCE