基于实时操作系统的多机冗余、容错技术研究

摘要

在大型复杂实时协作等关键应用中，需要高可靠性的保障。如何保证系统能快速、准确、可靠、持久的运行，是需重点解决的关键问题之一，这就需要系统具备冗余和容错能力。 实时系统软件容错结构的建立和管理在很大程度上增加了系统的复杂度。一般的做法是，需要用户根据所需的冗余、容错控制方案编写专用的容错管理软件，使得用户的工作量加大，不利于系统的可靠性，而且支持的模式比较单一。 本文设计了一种新的容错结构的构建和管理技术—冗余、容错运行库技术，由实时操作系统内核支持目前广泛使用的四种容错控制模式—三机容错模式、三机冗余模式、双机热备份模式和双机冷备份模式，提供不同模式管理的API接口和多任务支持。在保持系统层精简、高效的基础上，减轻实时应用设计人员的编程负担，保证软件质量，提高软件可靠性。 本文首先概述了冗余、容错国内外的研究现状，并给出其存在的问题；然后介绍冗余、容错的基本概念和计算机冗余、容错系统的可靠性评估技术；在总结计算机冗余、容错系统设计要点和分析了现有相关技术的基础上，提出了本冗余、容错系统的模型、体系结构，并对所采用的关键技术进行了介绍，主要包括：自检测技术(CPU检测、I/O检测、内存检测)、心跳检测技术、多机可靠通讯技术、三模投票表决技术和系统控制重构技术；最后对系统实现情况进行了说明和总结，给出了实验原型机的测试结果。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1引言

1.2冗余、容错技术发展现状及存在的问题

1.2.1冗余、容错技术发展现状

1.2.2容错控制研究中需要解决的主要问题

1.3论文研究背景和研究内容

1.4论文组织结构

第二章 冗余、容错技术及系统可靠性评估技术

2.1冗余、容错技术

2.1.1硬件冗余

2.1.2信息冗余

2.1.3时间冗余

2.1.4软件冗余

2.2冗余、容错系统可靠性评估技术

2.2.1计算机容错系统的评价指标

2.2.2系统可靠性评价模型

第三章多机冗余、容错实时系统体系结构

3.1所选模式及相关用语介绍

3.2系统总体拓扑结构

3.3多机冗余、容错系统总体架构

3.3.1系统总体框架结构

3.3.2与操作系统模块关系

3.3.3客户端交互功能

3.4多机冗余、容错管理系统软件设计的主要内容

3.4.1软件模块组成

3.4.2模块功能分配

3.4.3多机冗余、容错管理系统各组成模块关系

第四章多机冗余、容错管理核心模块设计

4.1计算机故障检测设计

4.1.1 CPU自检测

4.1.2内存自检测

4.1.3 I/O自检测

4.1.4心跳检测

4.2系统可靠通讯设计

4.3投票表决设计

4.4同步设计

4.5系统控制重构

4.5.1系统状态表

4.5.2系统重构逻辑

4.5.3系统重构流程

第五章系统实验仿真

5.1失效故障模拟

5.1.1硬件模拟方式

5.1.2软件模拟方式

5.2仿真环境构建

5.2.1硬件环境

5.2.2软件环境

5.3仿真案例

5.4效果分析

第六章总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

攻读硕士期间主要发表的学术论文

致谢