分布式实时系统DRTAS的实时容错机制研究

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一个成熟的分布式实时系统必须具有高可靠性,容错作为保障高可靠性的重要手段,已成为分布式实时系统的基本特性。而现有的一些分布式实时系统的实时容错方法存在要求与限制太多、资源浪费、没有内核级实时容错保障等问题。针对上述问题,在分布式实时系统DRTAS(Distributed Real-Time Application System)中,结合系统整体结构、工作流程、实时内核、实时应用处理等特点,提出并实现了一种以两层实时容错为主体、实时容错调度为核心的实时容错机制。其中,上层实时容错采用恢复执行或重新执行的容错技术,提出动态实时容错的分级容错优先H-FTF调度方法,实现了DRTAS系统级的实时容错;下层实时容错以时间冗余为基础,采取替代版本或重新执行的容错技术,提出容错/频率保证FT/FA调度方法、动态空闲能力最早时限优先DSC-EDF算法,在实时内核级为实时任务提供实时容错保障。而且,在实时容错机制中加入了实时容错评估,采用并建立了简单高效的信息通信机制,保证了系统的动态负载平衡。DRTAS的实时容错机制具有比较好的实用性、准确性、一定的灵活性、以及较高的资源利用率,实现了系统较高的可靠性。基于Linux操作系统和RTAI实时内核,采用C、QT语言实现了DRTAS系统的实时容错机制,并且对系统进行了测试。首先采用模拟实时任务出错的情况,对系统实时容错机制的功能进行了测试,测试表明:实时容错机制的实时容错调度及处理、实时容错评估、系统监控器容错部分以及与平台接口容错部分的各项功能正常。然后,性能测试主要测试了系统的实时性能和实时容错调度开销,测试表明:本系统中周期性实时任务的事件延迟和周期抖动一般最大不超过30μs;在前端机正常负载情况下,实时容错调度器定时时间片小于30ms时,系统的实时容错调度开销小于85ms。
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