基于CORBA的分布式系统中实时-容错性的研究——分布式系统中动态调度的设计与实现

摘要

对于分布式系统,国内外己进行了长时间的研究.通常使用中间件的解决方案,来解决这类系统的互操作性.研发前期,人们将主要精力集中于系统中跨平台、跨环境的互操作性问题的解决,而很少考虑系统的实时性和可信度等问题.简言之,注重了功能而忽略了性能.但随着通信技术和计算机技术的飞速发展,网络带宽和CPU速度的不断提高,对分布式系统的性能要求也就日受重视.其中受人关注的性能除了实时性外,还有容错性、动态适应性和融合的实时-容错性等.分布式系统要想保证实时性,倘若没有容错措施作后盾,显然达不到理想运行的目标;因此,实时-容错的新型体系结构正在成为从事mission-critical系统研发的技术界所瞄准的研究重点之一.OMG组织将在最近正式发布实时-容错CORBA的RFP就是一个证明.该论文将从理论和实践两个方面着手,探索动态的分布式系统中的实时-容错性的解决方案.作者在该论文中的主要工作如下:1.分析了分布式系统中实时性和容错性的本质,以及两者融合的必然性.在前人的相关研究基础上,提出了分布式系统实时-容错融合的思路,以及利用实时-容错CORBA中间件的解决方案.2.中间件基础设施的实时扩展是实时-容错中间件的开发基础,作者研究了实时CORBA中间件的关键技术,开发出了实时中间件rtORB,其实时性能与国外先进研究成果TAO的类同.3.为了适应应用状况的动态变化,在实时CORBA环境中应引入动态调度服务.作者为此提出了一个端到端的两层动态实时调度模型,并给出了其具体实现和性能分析.4.为了实现实时-容错CORBA中间件,论文论述了相关的关键技术,主要包括实时-容错的三层结构、中间件的扩展以及有效支持实时-容错性的动态调度服务和算法.5.开发了一个实时-容错CORBA中间件的原型.它可以支持实时-容错应用,且能适应分布环境中应用的动态变化.

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授的说明

缩略语

第一章绪论

1.1研究背景和对象

1.2研究内容与现状

1.3作者的主要工作

1.4本文的章节安排

第二章分布式计算环境和CORBA

2.1分布式计算系统的概念和其新研究方向

2.2中间件技术

2.2.1中间件的内涵

2.2.2分布式对象中间件

2.3 CORBA

2.4实时CORBA

2.4.1 CORBA中间件用于实时领域的局限

2.4.2实时CORBA(RT_CORBA)

2.5容错CORBA

2.5.1容错的基本概念

2.5.2容错CORBA(FT_ CORBA)

2.6本章小结

第三章实时中间件的实现研究

3.1实时CORBA系统及其组成部件

3.2相关的国内外实时CORBA的研究

3.3 ORB内核的实时研究

3.3.1连接结构

3.3.2并发结构

3.3.3集成连接和并发结构的方案

3.4 POA的实时研究

3.5存根与框架的实时研究

3.6在ORB内配置适用于实时应用的线程池

3.7为实时CORBA系统建立实时调度机制

3.8实时操作系统对实时CORBA的支持

3.8.1实时中间件的优先级映射

3.8.2优先级映射算法安装

3.9实时网络及可插入协议

3.9.1可插入协议结构

3.9.2高效且可预测的实时通信协议和协议机制

3.10实施C/S通信中表示层的优化

3.11rtORB与TAO的性能比较

3.12小结

第四章实时调度算法与端到端实时CORBA调度模型

4.1实时调度相关的基本概念

4.1.1实时任务的本质要求和实时调度

4.1.2实时调度算法及其准则

4.1.3实时调度算法度量

4.2实时调度分类

4.3实时调度算法

4.3.1单处理器实时调度

4.3.2多处理器实时调度

4.4实时CORBA中端到端实时的研究

4.4.1端到端实时CORBA系统调度模型

4.4.2端到端系统作实时调度主要相关技术

4.4.3本论文的端到端实时CORBA可调度分析

4.5小结

第五章实时CORBA系统中实时动态调度服务的研究与实现

5.1实时动态调度服务概述

5.2实时CORBA调度规范

5.3动态调度服务研究现状

5.4动态调度服务研究

5.4.1实时调度服务框架

5.4.2动态调度服务构思

5.5动态调度服务的设计与实现

5.5.1动态调度服务框架的方案

5.5.2调度模块的设计原理

5.5.3派发模块的设计原理

5.5.4调度模块与派发模块集成

5.5.5动态调度服务的工作流程

5.6动态调度服务与实时CORBA系统的集成

5.6.1通过事件服务实现集成

5.6.2通过I/O系统实现集成

5.7动态调度服务测试与评估

5.7.1测试环境及平台

5.7.2调度策略性能测试

5.7.3在不同操作系统上实时性能的比较

5.8小结

第六章实时—容错CORBA中间件

6.1实时与容错的融合和其问题分析

6.1.1实时和容错结合的必然性

6.1.2实时与容错融合的困难

6.1.3实时—容错CORBA融合的基本要求

6.2.实时—容错CORBA的融合思路和研究现状

6.2.1实时—容错融合思路

6.2.2国内外主要的研究现状

6.3容错CORBA的三种实现方案

6.4使用服务方式实现容错CORBA的框架

6.4.1互操作对象组引用(IOGR)

6.4.2服务式方案的容错CORBA框架及组件

6.5中间件的三层逻辑结构

6.5.1复制逻辑的抽取与独立

6.5.2基于CORBA中间件的三层结构及其组件

6.6实时—容错CORBA中间件的结构及其主要组件

6.6.1 RT-FT CORBA结构

6.6.2中间层部件及全局调度器

6.6.3服务方

6.6.4动态性和全局接纳测试

6.6.5其它需要注意的问题

6.7小结

第七章实时—容错动态调度服务及其算法

7.1实时—容错调度算法

7.1.1实时—容错调度的分类

7.1.2单处理器实时—容错调度算法

7.1.3多处理器实时—容错调度算法

7.2 PB调度算法

7.2.1 PB系统的调度研究现状

7.3动态实时—容错调度的问题和优化技术

7.3.1实时-容错调度的错误模型

7.3.2动态实时—容错调度需求

7.3.3动态实时—容错调度关键技术和优化

7.4实时—容错动态调度算法的研究和设计

7.4.1设计基本思路

7.4.2 RMFF(RT-FT)任务分配算法和可调度分析

7.4.3 RMFF(RT-FT)算法优化

7.4.4主动副版本和被动副版本的选择

7.4.5算法实现

7.4.6算法模拟

7.5实时—容错调度服务

7.5.1实时—容错调度服务

7.5.2中间层调度服务接纳测试及其策略

7.5.3服务层调度器

7.6小结

第八章原型与应用

8.1原型设计

8.1.1系统整体类图

8.1.2各部分的类图

8.2应用

8.2.1系统构成

8.2.2系统验证

8.3性能测试

8.4小结

第九章全文总结和进一步的工作

9.1全文总结

9.2下一步的工作

参考文献

致谢

作者在攻博期间的科研成果、论文发表和获奖情况

附录CORBA中各组成部分的说明