实时分布式系统的容错设计与负载平衡算法的研究

摘要

实时系统需要具备容错功能的观点,已经被实时与容错这两个领域的研究者所广泛认同.而分布处理和分布控制技术显示的广泛应用前景,各种分布的软硬件系统的大量开发使用,加之分布系统的模块性、并行性、自治性等优点,也促使人们花费更多的精力研究分布式容错系统.该文结合电力SCADA系统,介绍了实时、容错和分布式系统的相关概念,阐述了以PC机和以太网为基础的分布式处理环境,根据实时系统容错模型的要求,设计分布式PC容错系统,实现了基于Windows多线程思想设计的双机容错系统,从串口和网络两方面论证了其设计思想.详细论述了机群系统中的双前置机、双服务器的实现方法.给出了基于网络广播的全对等模型和双网模型.同时设计了系统其它一些容错措施.为实现分布式实时系统的时间统一,必须建立统一的时间服务系统或时间服务器.根据实际需要,提出得到时间校正值的一种算法,采用Socket编程在系统中得到实现.对系统中所涉及的实时调度算法也进行了必要的讨论.文中对实时分布式容错设计中的负载平衡问题进行了深入的研究,提出该系统的负载平衡模型,讨论了服务对象容错和负载平衡,设计了几种负载平衡算法,对自适应的高可用负载平衡算法中冗余度的确定采用遗传算法得到了实现.对相关算法进行了一定的仿真与测试.负载平衡保证了冗余系统资源的有效利用.容错设计和负载平衡算法的研究保证了实时分布式系统的高可靠性、高可用性以及实时性的要求,具有广泛的应用前景.

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1实时、容错和分布式系统

1.1.1实时系统

1.1.2容错系统

1.1.3分布式系统

1.1.4分布式容错系统

1.2课题的提出

1.3课题的基本研究内容

1.3.1分布式容错处理环境的建立

1.3.2基于备份的冗余技术

1.3.3其它容错措施

1.3.4基于冗余的负载平衡算法研究

2实时分布式系统

2.1分布式系统简介

2.1.1分布式系统的特点

2.1.2分布式系统潜在的问题

2.2实时计算机系统

2.2.1实时计算机系统的分类

2.2.2实时多任务操作系统

2.2.3实时调度算法

3容错系统

3.1容错的必要性与产生背景

3.2容错计算的应用

3.3容错的基本概念

3.3.1容错的基本术语

3.3.2故障的引入与分类

3.3.3失效模式

3.4容错技术

3.4.1以冗余为基础的容错技术

3.4.2除冗余外的其他容错技术

3.5软件容错与备查点机制

4分布式容错设计与实现

4.1实验平台

4.2双机热备容错的设计

4.2.1双机热备容错的原理

4.2.2双机热备容错的可靠性与可用性度量

4.2.3双机热备容错的结构

4.2.4双机热备容错的实现

4.3基于网络广播的全对等模型

4.4双网容错方式

4.4.1双网容错工作方式

4.4.2双网容错的网络切换

4.4.3故障网的恢复

4.4.4双网容错小结

4.5镜像服务器双机系统与磁盘阵列柜

4.6信息冗余在本系统中的应用

4.7另外一些容错措施

4.7.1组态查错软件

4.7.2 N版本容错设计

4.7.3线程查错报警

4.8实时分布式系统的时间同步化策略

4.8.1时间同步概述

4.8.2时间同步的实现算法

4.8.3时钟同步的容错机制

4.9实时调度算法

5负载平衡算法研究

5.1负载平衡

5.1.1负载平衡算法的分类

5.1.2对象实例负载索引

5.2系统负载平衡实现

5.2.1负载平衡模型

5.2.2服务对象容错和负载平衡技术研究

5.3负载平衡算法进一步研究

5.3.1非启发式的负载平衡算法

5.3.2启发式的负载平衡算法AL-LOBA

5.3.3自适应的高可用负载平衡算法AHA_LOBA

5.4负载平衡算法的仿真与测试

5.4.1 LD_LOBA算法测试

5.4.2 LCD_LOBA算法测试

5.4.3 AL_LOBA算法测试

5.4.4测试小结

6小结

6.1技术性能

6.2容错前景展望

致谢

参考文献

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