計算密集型應用下嵌入式雙機容錯系統(tǒng)研究與實現.pdf

1、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，嵌入式計算密集型應用越來越多。鑒于計算密集型領域系統(tǒng)的可靠性要求高，因此如何設計高可靠性嵌入式系統(tǒng)成為一個至關重要的課題。
　　檢查點機制和雙機容錯機制是提高系統(tǒng)可靠性的有效途徑，檢查點機制可以縮短任務恢復時間，通常應用于通用計算機數據計算領域，雙機容錯機制可以容忍永久故障。傳統(tǒng)意義上的嵌入式雙機容錯系統(tǒng)并沒有考慮到檢查點機制，一旦計算機出現瞬時故障任務只能從程序起始位

2、置運行，這樣程序恢復代價大，僅適用于工控領域和其他不需要連續(xù)計算的領域。由于計算密集型程序運算時間長，并且不能被打斷，因此傳統(tǒng)雙機容錯系統(tǒng)已不再適用。本論文根據嵌入式系統(tǒng)的特點，以傳統(tǒng)的雙機容錯系統(tǒng)為基礎，結合檢查點機制，提出了一種能夠運用到嵌入式計算密集型領域的雙機容錯系統(tǒng)。
　　檢查點設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、檢查點機制以及雙機容錯機制基礎上，分析瞬時故障和永久故障的特點

3、，根據馬爾可夫過程提出兩個檢查點設置優(yōu)化模型:一個是基于任務截止時間的檢查點時間間隔優(yōu)化模型，它可以研究在截止時間到來之前任務完成的概率;另一個是基于多級檢查點的時間間隔優(yōu)化模型，它在前一模型基礎上進行改進，引入二級檢查點從而縮短故障檢測時間。當二級檢查點工作時間較短時，基于多級檢查點時間間隔優(yōu)化模型明顯優(yōu)于前一模型。接著以基于多級檢查點時間間隔優(yōu)化模型為指導，實現了基于最優(yōu)檢查點的嵌入式雙機容錯系統(tǒng)，它可以修復瞬時故障和容忍永久故障，

4、并著重介紹了設計和實現過程。檢查點保存進程信息時，I/O操作次數較多，本文提出寫緩沖優(yōu)化算法，減少I/O操作次數，以提高檢查點性能，經過測試寫緩沖優(yōu)化算法最大可以達到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）為例進行系統(tǒng)測試，表明最優(yōu)檢查點設置算法能夠明顯提高嵌入式計算密集型應用下雙機容錯系統(tǒng)的可靠性。通過本課題的研究，對構建瞬時故障和永久故障不可忽略的、面向計算密集型應用的嵌入式系統(tǒng)有一定的理論和應用