面向容错计算机的仲裁系统的设计与实现

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1、万方数据第28卷第12期2011年12月计算机应用研究ApplicationResearchofComputersV01．28No．12DeC．20ll面向容错计算机的仲裁系统的设计与实现韩建亚，吴智博，董剑，张亚勇，刘宏伟(哈尔滨工业大学计算机科学与技术系，哈尔滨150001)摘要：为了解决传统仲裁机制故障覆盖率和故障诊断成功率低的问题，针对容错计算机，提出了一种基于仲裁处理器的仲裁机制，并设计了仲裁系统和仲裁算法。其中仲裁处理器使用三模冗余系统和芯片级的容错设计技术，仲裁算法采用分级方式，同时采用自检测和心跳监测相结合的故障监测机制，有效地解决了单

2、点故障和检测成功率低的问题。最后通过故障注入方式验证了仲裁系统的可用性。关键词：容错；仲裁；仲裁系统；三模冗余；检测机制中图分类号：TP302．8文献标志码：A文章编号：1001—3695(2011)12—4554—03doi：10．3969／j．issn．1001．3695．2011．12．041DesignandimplementationofarbitrationsystemforfaulttolerantcomputerHANJian—ya，WUZhi-bo，DONGJian，ZHANGYa—yong，LIUHong—wei(Dept．ofCo

3、mputerScience＆Technology，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150001，China)Abs“tract：Togreadyreducedetectioncostsandeffectivelyimprovescalabilityofsystem，thispaperproposedallarbitrationsystemandarbitrationalgorithmbasedonarbitrationprocessor．ArbitrationprocessorusedTMRsystemandthec

4、hiplevelfault—tolerantdesigntechnologytoimprovereliability．Arbitrationalgorithmusedhierarchicalmode，whichcouldeffectivelyreducethearbitrationoverhead．Withthedetectionandheartbeatdetection，improvedthefaultcoveragerateandthesuccessfulfailuredetectionrate．Lastly，thereliabilityofthe

5、arbitrationsystemwasprovedbythemethodoffaultinjection．Keywords：fault-tolerant；arbitration；arbitrationsystem；TMR(threemoduleredundant)；detectmechanism随着银行事务处理、信息服务、金融计算等典型行业对计算机系统可靠性的要求越来越高，提高计算机系统的可用性、可靠性和可维修性也越来越重要⋯。作为提高计算机系统可用性的重要手段，容错的含义是指在系统内部出现故障的情况下，计算机仍然能正确地执行指定算法口]。容错计算机

6、系统是通过冗余来实现的，当系统中一个节点出现故障时，系统能够迅速发现故障节点并且将服务切换到其他节点上。在容错计算机系统中，仲裁机制发现故障、诊断故障、系统重构的性能好坏直接影响容错计算机系统的可用性。也就是说一旦计算机出现故障，系统能否及时发现，作出正确的诊断并采取相应的动作是影响系统可用性的关键。传统容错计算机一般采用心跳机制检测对方的状态，一旦本机在约定的时间内收不到对方的心跳，则认为对方出现错误，从而将对方的服务切换过来。这种一对一的仲裁机制实现简单，但是当心跳出现故障而机器一切正常时，双方都认为对方出现了错误，此时系统发生混乱，同时也会造成不

7、必要的切换，增加了切换开销，降低了系统的可用性。因此研究容错计算机系统的仲裁机制显得尤为重要。为了解决传统容错计算机系统发生故障时对故障机定位不准的问题，本文设计并实现了一个基于仲裁处理器的仲裁系统。1容错系统与仲裁技术1．1双机容错系统双机容错系统H’成本低，实现方法简单，并且有很高的可靠性，因此在现实中有很广泛的应用。双机容错系统主要有互备援和热备份两种模式。双机互备援是指两台主机均为工作服务器，在正常情况下，双机系统可同时对外提供服务，多数情况下是提供不同的服务，但也可以提供相同的服务，同时互相监视对方的运行情况。当一台服务器出现异常，不能对外提

8、供服务时，另一台服务器在继续原有服务的同时主动接管异常服务器的工作，继续提供原来在异常服务器上