龙芯多核处理器多线程故障恢复系统设计与实现

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1、硕士学位论文龙芯多核处理器多线程故障恢复系统设计与实现DESIGNANDIMPLEMENTATIONOFMULTI-THREADEDFAULTRECOVERYSYSTEMONLOONGSONMULTI-COREPROCESSORS乔少明哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号：TP302.8学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工程硕士学位论文龙芯多核处理器多线程故障恢复系统设计与实现硕士研究生：乔少明导师：季振洲教授申请学位：工程硕士学科：计算机技术所在单位：计算机科学与技术学院答辩日期：2

2、016年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP302.8U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringDESIGNANDIMPLEMENTATIONOFMULTI-THREADEDFAULTRECOVERYSYSTEMONLOONGSONMULTI-COREPROCESSORSCandidate：QiaoShaomingSupervisor：Prof.JiZhenzhouAcademicDegreeAppliedfor：M

3、asterofEngineeringSpeciality：ComputerTechnologyAffiliation：SchoolofComputerScienceandTechnologyDateofDefence：June,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要目前，大数据和物联网进入了高速发展时代，离不开的一个背景就是多核处理器与多线程技术的越发成熟。这也对多核处理器环境下多线程程序运行的稳

4、定性和健壮性提出越来越高的要求。但在实际应用环境中，设备程序在运行阶段不可避免的总会遇见设计之初不曾考虑到的故障。其中，瞬态故障是导致程序不能正常运行的最常见原因。由于实际环境的复杂性，要完全避免瞬态故障的出现需要及其高昂的成本代价。因此，在目前技术基础之上，及时的故障恢复技术变得极具研究价值。本文针对多核处理器多线程故障恢复技术展开研究。首先对现存的故障恢复技术进行了介绍以及分析，接着对内核进程的实现以及多线程的实现机制进行了分析，确定了为实现完整的故障恢复功能需要对多线程程序进行保存的信息，包括寄存器、内存、

5、信号、文件等。通过以上研究分析，本文设计了一种基于检查点的操作体统级的故障恢复系统，即在正常运行阶段对多线程程序设定检查点文件，一旦故障出现就可以根据检查点文件对多线程程序进行恢复。该系统在对程序信息进行保存与恢复过程中对应用层程序透明。关于检查点设置，寄存器、内存地址、当前工作目录、文件等数据可直接保存到设定的数据结构中，然后以页为单位写入内核缓冲区中。而对于内存中的数据，则需要拷贝物理内存页框中的数据。内核缓冲区中的数据由内核线程负责写入非易失磁盘中。另外，针对检查点设置的时间，本文提出了一种新的思路，即通过

6、对包含数据传输的系统调用进行计数来决定检查点设置的时间，而不再采取时间间隔的方式。在进行故障恢复的时候，对于文件、内存等共享信息只需在一个线程中进行恢复，而线程寄存器、信号等私有信息则需要在所有线程中进行恢复。最后，对实验环境和编译方法进行了说明，对系统的基本功能进行了测试，并在线程数量、数据规模和时间间隔三个方面选择不同的测试程序对系统性能进行了测试，实验结果表明线程数量和时间间隔更能引起性能损失的变化，而数据规模对性能损失的变化影响较小。关键词：故障恢复；多线程；检查点；操作系统级；内核-I-哈尔滨工业大学工

7、程硕士学位论文AbstractBigdataandIoTareintheeraofrapiddevelopment.Themulti-coreandmulti-threadtechnologyhasplayanimportantroleinacceleratingthisprocess.Italsoasksforhigherrequirementsforthestabilityandrobustnessofmulti-threadprogramrunninginmulti-coreprocessors.Howev

8、er，everyprogramispossibletomeetproblemsatunknownmoment.Thetransientfaultisthemostcommononewhichcausesapplicationtofail.Therefore,thetechniqueoffaultrecoveryisworthstudying.Thetechniqueofm