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计算机体系结构 期末考试论文 题 目 一种容错实时计算机体系结构的研究与实现__ 信息工程学院计算机科学与技术专业级147班 学 号： 姓 名： 指导教师： 成 绩：______________ 完成时间： 2015 年 12 月 一种容错实时计算机体系结构的研究与实现 【摘 要】为满足对安全关键领域日益增长的可靠性需求，通过对容错关键技术和多处理器系统的深入研究，提出了一种基于松耦合多处理器体系结构的双机容错实时嵌入式系统设计方案。该方案无缝整合了计算机硬件级、操作系统级、应用级的容错技术，以达到从整体上提高系统可靠性的目的。然后，利用马尔科夫状态图法对该系统进行了可靠性分析和数值模拟，结果表明该设计方案能显著地从整体上提高系统的可靠性水平。 【关键词】双机热备份;容错;实时嵌入式系统;可靠性。 Design and Implementation of a Fault-Tolerance Real-Time Computer Architecture Abstract Based on fault-tolerance technique and multi-processors system, a fault-tolerance real-time embedded dual system solusion is put forward in this paper. The proposed solusion is based upon the loosely coupled multiprocessors architecture. this architecture seamlessly. integrates the fault-tolerance design techniques of hardware level, operating system level, and application level The system reliability is analyzed by the Markov state diagram The results show that the design scheme can enhance the system reliability remarkably. Key words duplicated hot backup; fault–tolerant; real-time embedded system; reliability。 随着计算机技术的日益成熟，以及计算机硬件成本的迅速降低，各种结构复杂、功能强大的实时计算机系统被广泛应用于航空航天器、武器装备、核电监控装置和医疗设备等安全关键系统中。确保这些计算机系统的可靠成为人们日益关注的问题。 双机热备份设计方案可切实提高系统的可靠性。但它主要针对硬件错误，对于软件错误却无能为力。目前，由于硬件制造技术水平的提高和硬件容错技术的成熟，软件错误成为导致系统失效的主要原因。据调查，在具有硬件容错能力的计算机系统中，其失效65%来自软件。 早期的实时计算机系统为特定的应用设计专用的硬件和软件，其最大的缺点是软硬件的耦合度大，不利于系统可靠性设计，特别是软件错误容忍设计。随着实时操作系统技术的日益发展成熟，实时软件被分离成为实时操作系统和实时多任务软件两部分，实时操作系统实现对硬件的管理，使得实时多任务应用软件与底层硬件无关。这种分层的实时计算机体系结构为提出新的实时计算机容错体系结构提供了契机。 一 双机容错实时系统的体系结构 双机容错实时系统体系结构是在考虑双机比较系统的基础上，结合松耦合多处理机体系结构，在实现系统隔离的同时，在不同的处理机间通过通道互连实现通信，为在硬件容错中结合软件容错提供可能。 双机系统的运行状态定义为：(1)如果A机与B机均正常运行，则将A机作为主系统，B机作为备份使用，A机的运行结果作为系统输出，A机运行到检测点，向B机发送日志，B机更新日志列表。(2)如果A机正常而B机故障，亦将A机的运行结果作为系统输出，同时将B机的运行故障状态报告A机，并向B机进行复位控制操作。(3) 如果A机故障，B机正常，则进行开关切换操作，B机进行系统备份任务重调度，B机运行结果作为系统输出，向A机进行复位控制操作，并在检测点更新A机日志，保持需要备份的任务的状态一致。 双机容错实时系统体系结构结合嵌入式实时系统的体系结构，采用层次结构和模块结构相结合的思想，无