本文關(guān)鍵詞：計算密集型應(yīng)用下嵌入式雙機(jī)容錯系統(tǒng)研究與實現(xiàn)

  更多相關(guān)文章： 檢查點(diǎn) 雙機(jī)容錯 嵌入式系統(tǒng) 可靠性 馬爾可夫概率模型

【摘要】：隨著ARM處理器性能不斷提升,同時又兼顧低功耗、體積小的特點(diǎn),嵌入式計算密集型應(yīng)用越來越多。鑒于計算密集型領(lǐng)域系統(tǒng)的可靠性要求高,因此如何設(shè)計高可靠性嵌入式系統(tǒng)成為一個至關(guān)重要的課題。 檢查點(diǎn)機(jī)制和雙機(jī)容錯機(jī)制是提高系統(tǒng)可靠性的有效途徑,檢查點(diǎn)機(jī)制可以縮短任務(wù)恢復(fù)時間,通常應(yīng)用于通用計算機(jī)數(shù)據(jù)計算領(lǐng)域,雙機(jī)容錯機(jī)制可以容忍永久故障。傳統(tǒng)意義上的嵌入式雙機(jī)容錯系統(tǒng)并沒有考慮到檢查點(diǎn)機(jī)制,一旦計算機(jī)出現(xiàn)瞬時故障任務(wù)只能從程序起始位置運(yùn)行,這樣程序恢復(fù)代價大,僅適用于工控領(lǐng)域和其他不需要連續(xù)計算的領(lǐng)域。由于計算密集型程序運(yùn)算時間長,并且不能被打斷,因此傳統(tǒng)雙機(jī)容錯系統(tǒng)已不再適用。本論文根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn),以傳統(tǒng)的雙機(jī)容錯系統(tǒng)為基礎(chǔ),結(jié)合檢查點(diǎn)機(jī)制,提出了一種能夠運(yùn)用到嵌入式計算密集型領(lǐng)域的雙機(jī)容錯系統(tǒng)。 檢查點(diǎn)設(shè)置時間間隔的長短直接影響系統(tǒng)的可靠性和額外開銷率。本文在研究影響系統(tǒng)可靠性因素、檢查點(diǎn)機(jī)制以及雙機(jī)容錯機(jī)制基礎(chǔ)上,分析瞬時故障和永久故障的特點(diǎn),根據(jù)馬爾可夫過程提出兩個檢查點(diǎn)設(shè)置優(yōu)化模型：一個是基于任務(wù)截止時間的檢查點(diǎn)時間間隔優(yōu)化模型,它可以研究在截止時間到來之前任務(wù)完成的概率；另一個是基于多級檢查點(diǎn)的時間間隔優(yōu)化模型,它在前一模型基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn),引入二級檢查點(diǎn)從而縮短故障檢測時間。當(dāng)二級檢查點(diǎn)工作時間較短時,基于多級檢查點(diǎn)時間間隔優(yōu)化模型明顯優(yōu)于前一模型。接著以基于多級檢查點(diǎn)時間間隔優(yōu)化模型為指導(dǎo),實現(xiàn)了基于最優(yōu)檢查點(diǎn)的嵌入式雙機(jī)容錯系統(tǒng),它可以修復(fù)瞬時故障和容忍永久故障,并著重介紹了設(shè)計和實現(xiàn)過程。檢查點(diǎn)保存進(jìn)程信息時,I/O操作次數(shù)較多,本文提出寫緩沖優(yōu)化算法,減少I/O操作次數(shù),以提高檢查點(diǎn)性能,經(jīng)過測試寫緩沖優(yōu)化算法最大可以達(dá)到36%性能提升率。最后,本文以兩個計算密集型算法(矩陣相乘和SUSAN算法)為例進(jìn)行系統(tǒng)測試,表明最優(yōu)檢查點(diǎn)設(shè)置算法能夠明顯提高嵌入式計算密集型應(yīng)用下雙機(jī)容錯系統(tǒng)的可靠性。通過本課題的研究,對構(gòu)建瞬時故障和永久故障不可忽略的、面向計算密集型應(yīng)用的嵌入式系統(tǒng)有一定的理論和應(yīng)用價值。
【關(guān)鍵詞】：檢查點(diǎn) 雙機(jī)容錯 嵌入式系統(tǒng) 可靠性 馬爾可夫概率模型
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TP332;TP302.8
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-17
• 1.1 引言11
• 1.2 研究背景與意義11-12
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3.1 硬件容錯研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3.2 軟件容錯研究現(xiàn)狀13-14
• 1.4 課題研究與實現(xiàn)的難點(diǎn)14
• 1.5 本論文研究內(nèi)容及章節(jié)安排14-17
• 1.5.1 本論文研究內(nèi)容14-15
• 1.5.2 本論文章節(jié)安排15-17
• 第2章 容錯系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和策略17-23
• 2.1 系統(tǒng)可靠性17-19
• 2.1.1 可靠性及相關(guān)概念17-18
• 2.1.2 可靠性模型分類18-19
• 2.2 嵌入式計算機(jī)和通用計算機(jī)容錯的差異19
• 2.3 雙機(jī)容錯策略19-21
• 2.3.1 故障類型19
• 2.3.2 雙機(jī)容錯技術(shù)19-21
• 2.4 檢查點(diǎn)機(jī)制研究21-22
• 2.4.1 檢查點(diǎn)分類21
• 2.4.2 內(nèi)核態(tài)檢查點(diǎn)研究21-22
• 2.5 本章小結(jié)22-23
• 第3章 基于Markov過程雙機(jī)容錯模型建立與仿真23-40
• 3.1 基于檢查點(diǎn)機(jī)制的雙機(jī)容錯系統(tǒng)架構(gòu)23-24
• 3.2 雙機(jī)容錯可靠性模型24-25
• 3.2.1 可靠性模型選取24
• 3.2.2 Markov過程24-25
• 3.3 傳統(tǒng)檢查點(diǎn)優(yōu)化模型25-26
• 3.4 基于任務(wù)截止時間的可修模型26-32
• 3.4.1 基于任務(wù)截止時間的可修模型狀態(tài)定義26-27
• 3.4.2 基于任務(wù)截止時間的可修模型建立27-30
• 3.4.3 基于任務(wù)截止時間的可修模型仿真30-32
• 3.5 基于多級檢查點(diǎn)的可修模型32-39
• 3.5.1 基于多級檢查點(diǎn)的可修模型狀態(tài)定義32-33
• 3.5.2 基于多級檢查點(diǎn)的可修模型建立33-36
• 3.5.3 基于多級檢查點(diǎn)的可修模型仿真36-39
• 3.6 本章小結(jié)39-40
• 第4章 基于最優(yōu)檢查點(diǎn)的雙機(jī)容錯系統(tǒng)實現(xiàn)40-58
• 4.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)40-42
• 4.1.1 系統(tǒng)硬件平臺40-41
• 4.1.2 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計41
• 4.1.3 雙機(jī)容錯系統(tǒng)總體架構(gòu)41-42
• 4.2 最優(yōu)檢查點(diǎn)設(shè)置算法42-43
• 4.3 通信子系統(tǒng)43-48
• 4.3.1 雙機(jī)通信43-45
• 4.3.2 單機(jī)進(jìn)程間通信45-46
• 4.3.3 任務(wù)同步設(shè)計46-48
• 4.4 故障檢測子系統(tǒng)48-50
• 4.4.1 傳統(tǒng)故障檢測算法48-49
• 4.4.2 基于檢查點(diǎn)的故障檢測算法49-50
• 4.5 故障處理子系統(tǒng)50-55
• 4.5.1 任務(wù)保存50-52
• 4.5.2 任務(wù)回卷52-53
• 4.5.3 雙機(jī)切換53
• 4.5.4 單機(jī)雙任務(wù)容錯53-55
• 4.6 內(nèi)核態(tài)檢查點(diǎn)性能優(yōu)化研究55-57
• 4.6.1 檢查點(diǎn)寫操作優(yōu)化算法55-56
• 4.6.2 檢查點(diǎn)寫操作優(yōu)化測試56-57
• 4.7 本章小結(jié)57-58
• 第5章 系統(tǒng)性能測試58-70
• 5.1 故障注入模型58-61
• 5.1.1 瞬時故障注入模型59-60
• 5.1.2 永久故障注入模型60-61
• 5.2 雙機(jī)容錯系統(tǒng)基本性能測試61-63
• 5.3 系統(tǒng)可靠度測試63-69
• 5.4 本章小結(jié)69-70
• 結(jié)論與展望70-72
• 結(jié)論70
• 展望70-72
• 致謝72-73
• 參考文獻(xiàn)73-77
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及科研成果77

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

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2 李洪超;;計算機(jī)系統(tǒng)的容錯技術(shù)方法[J];單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用;2010年11期

3 楊樺;劉群;周新發(fā);;可靠性技術(shù)在星載計算機(jī)設(shè)計中的應(yīng)用[J];電子技術(shù)應(yīng)用;2009年07期

4 王志剛;戴柏林;張必超;;電子元器件的失效模型與可靠性試驗方法淺析[J];電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗;2009年S1期

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6 廖劍偉;李莉;陳善雄;余建橋;;實時交互進(jìn)程的并發(fā)檢查點(diǎn)技術(shù)[J];電子科技大學(xué)學(xué)報;2011年04期

7 安金霞;朱紀(jì)洪;王國慶;薛曉，

本文編號：756925