基于Windows纯软件双机热备份系统研究与实现

摘要

随着通信与计算机技术的迅速发展,越来越多的关键数据被存储在计算机系统中,这些数据的丢失或损坏将对企业造成难以估量的损失,因此计算机系统的高可用性具有格外重要意义。双机热备份是实现系统级冗余,提高系统可用性的一个行之有效的方法。目前,双机热备份方案的实现大多基于大型机或小型机,操作系统也是Unix/Linux居多。对于一般用户来说这种方案成本太高,易用性也不好。 针对这种状况,在对影响计算机系统可用性的因素进行分析的基础上,深入研究了提高系统可用性的各种方法,并结合业务应用系统设计了一个基于windows纯软件双机热备份系统。该系统不需要额外增加昂贵的共享式存储设备(如磁盘阵列),操作简便,只需要初始设置第一台服务器即可。经过实践检验,系统达到了高可用性的设计目标。 双机热备份系统设计的首要问题是系统的体系结构。详细分析了实现系统高可靠性的工作模式和实现模式,建立了双机主从结构(Active/Standby)sharenothing的体系结构模型。为系统建立了Markov模型,从理论上分析了系统能达到的可用度。 双机软件是双机热备份系统的重要组成部分,系统的单一映像是双机热备份系统的基础,心跳检测、故障诊断和数据备份是实现系统高可用的关键技术,本文详细分析了各种保障系统高可用的方法,最后结合具体业务应用系统采用合适方法实现了双机系统软件。所设计和实现的系统由管理模块、监控模块、心跳模块、备份模块和切换模块五部分组成。论文作者独立实现了软件的开发。 本文的创新点有： (1)提出一种基于windows纯软件的双机热备份系统设计。 (2)单服务器内部模块之间通信通过共享内存实现。 (3)主备服务器的备份模块之间通信采用UDP协议进行快速、可靠通信。

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第一章绪论

第一节课题背景

第二节国内外研究现状

1.2.1系统的可用性度量与分析

1.2.2当前研究的进展

1.2.3提高系统可用性的机制

第三节论文结构

第二章双机热备份系统体系结构

第一节双机热备份系统介绍

第二节双机热备份系统的工作模式

2.2.1双机互备模式

2.2.2双机双工模式

2.2.3双机热备模式

第三节双机热备份系的实现模式

2.2.1共享存储设备的方式

2.2.2纯软件的方式

第四节系统可用性的理论分析

2.3.1双机热备份系统的分析

2.3.2故障接管的开销

第三章双机热备份系统的关键技术

第一节单一系统映像

3.1.1基于DNS的使用

3.1.2网络地址转换

3.1.3直接路由

3.1.4添加虚拟IP地址

第二节故障诊断

3.2.1失效切换的时机

3.2.2心跳监测

第三节数据备份

3.3.1备份操作类型

3.3.2数据备份方法

第四章双机热备份系统设计与实现

第一节需求分析

第二节双机热备份系统总体设计

4.2.1双机热备份系统组成

4.2.2双机热备份软件组成

4.2.3 HA软什模块接口

第三节HA软件模块设计实现

4.3.1管理模块设计实现

4.3.2共享内存设计实现

4.3.3监控模块设计实现

4.3.4切换模块设计实现

4.3.5心跳模块设计实现

4.3.6备份模块设计实现

4.3.7同步网络时间设计实现

4.3.8双机热备份系统安装、实现过程

第五章双机热备份系统功能测试与分析

第一节测试的原理及相关说明

5.1.1对硬件故障的监测

5.1.2对软件故障的监测

第二节测试环境及测试结果

第三节开发遇到问题以及解决方法

第六章全文总结

参考文献

致谢

附录

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