分布式系統(tǒng)中回卷恢復技術研究.pdf

1、分布式系統(tǒng)具有用戶投資風險小、結構可擴展性好、用戶可繼承原有的軟硬件資源、構造簡單等特點，其應用領域越來越廣泛。包括大規(guī)?？茖W計算系統(tǒng)、天氣預報系統(tǒng)、分時電話系統(tǒng)、飛機訂票系統(tǒng)、銀行系統(tǒng)、股票系統(tǒng)、購物系統(tǒng)等。隨著系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大，其在計算過程中發(fā)生故障的幾率也在指數增長，系統(tǒng)一旦失效，可能帶來災難性的后果，因此迫切需要為分布式計算系統(tǒng)提供容錯機制。檢查點與回卷恢復(Checkpoint and Rollback-Recovery)技

2、術是一類重要的軟件容錯技術，具有實現和使用簡單，對資源要求低等特點，適合在分布式計算環(huán)境中應用。
　　分布式計算環(huán)境中，不確定的通信帶寬、存儲空間限制、節(jié)點的動態(tài)性、頻繁的斷開連接等特點決定了為單機系統(tǒng)開發(fā)的回卷恢復技術不能直接地應用到分布式計算系統(tǒng)中。在保證系統(tǒng)一致性的前提下，減少檢查點和消息日志的存儲開銷、減少回卷恢復機制引入的通信開銷、提高節(jié)點的自治性(autonomy)、減少由于進程間依賴關系造成的節(jié)點間藕合、實現回卷恢復

3、機制對節(jié)點的透明，是分布式環(huán)境下回卷恢復技術研究的核心問題。本文圍繞以上內容展開研究，主要創(chuàng)新點如下。
　?。?）提出了一種分布式環(huán)境下非阻塞協(xié)調檢查點及回卷恢復算法。在分布式計算環(huán)境的實際應用中，節(jié)點的自治性很強，希望的容錯機制是一種透明的服務。提出的檢查點算法基于發(fā)送進程來確保不會產生孤兒消息，不需要接收進程的任何信息，算法每次獲得的檢查點均是全局一致檢查點，直接獲得永久檢查點，跳過臨時檢查點階段，加快了檢查點的形成時間，一個

4、進程是否獲得檢查點與其他進程無關，算法是否獲得檢查點只與發(fā)送標志有關，確保了算法的高并行性。某節(jié)點失效后，只需要通過進程廣播一條同步消息，其他進程收到同步消息后，根據算法做獨立處理，不需要其他進程的額外消息，從而實現了節(jié)點間透明、并行地執(zhí)行回卷恢復算法。通過算法性能分析和仿真實驗，驗證了算法無故障運行和回卷恢復階段的低開銷性。
　?。?）提出了一種基于動態(tài)分組的兩級檢查點及回卷恢復容錯算法。就包含多個結點的應用而言，結點間交換信息

5、的頻率是不一樣的，甚至相差很大，因此需要一種機制來適應分布式系統(tǒng)中進程動態(tài)協(xié)作的特點。提出的算法根據結點間通信的頻率、通信時延、通信帶寬及分組中結點數等指標來實現動態(tài)分組，實現分組的高內聚低耦合。組內通信時延小、結點數不多，適合協(xié)調檢查點算法，因此在組級采用協(xié)調檢查點算法。組間通常是由高時延、低帶寬的網絡相互連接，并且組間的通信頻率較低，提出的系統(tǒng)級檢查點算法充分考慮了這些特點，每個分組是否獲得檢查點，與其他分組無關，各個分組可以獨立地

6、，以并行方式獲得系統(tǒng)級檢查點；通過發(fā)送分組來確保分組間不會產生孤兒消息，每次獲得的系統(tǒng)級檢查點均是全局一致檢查點，避免了多米諾效應的發(fā)生。算法一方面動態(tài)適應了應用自身的要求，提高了資源的整體效能，另一方面通過發(fā)送分組來確保分組間不會產生孤兒消息，實現了由傳統(tǒng)的兩階段提交算法到單階段算法的轉變。實驗結果表明，算法執(zhí)行時間較低，相對于傳統(tǒng)的兩階段提交算法，時間復雜度由通常的O(n2)降低到O(n)。
　?。?）基于XMPP協(xié)議構建一個

7、通用的消息傳遞機制。已有檢查點及回卷恢復算法，都是自定義算法，消息傳遞方式各不相同，沒有通用性可言。我們根據分布式系統(tǒng)的特點及檢查點算法傳遞的消息特點，構建一個通用的消息傳遞機制，該機制基于XMPP協(xié)議，實現了消息的跨平臺、準實時傳輸。對XMPP協(xié)議中XML標簽進行擴展，實現了多種檢查點消息傳輸格式的統(tǒng)一，提高了程序的重用性。
　?。?）原型系統(tǒng)的設計與實現。在理論研究基礎上，進行系統(tǒng)原型設計及實現，驗證理論的可實現性，是從理論研