移動(dòng)計(jì)算環(huán)境下卷回恢復(fù)技術(shù)的研究.pdf

1、隨著無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)計(jì)算設(shè)備的快速發(fā)展和日益普及，移動(dòng)計(jì)算這一計(jì)算范型得到了高度重視和廣泛研究，被認(rèn)為是信息技術(shù)領(lǐng)域的主要發(fā)展方向之一。在移動(dòng)環(huán)境中，不可靠的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和脆弱的網(wǎng)絡(luò)連接，迫切需要為移動(dòng)計(jì)算系統(tǒng)提供容錯(cuò)機(jī)制。檢查點(diǎn)與卷回恢復(fù)(CheckpointandRollback-Recovery)技術(shù)是一類重要的軟件容錯(cuò)技術(shù)，具有實(shí)現(xiàn)和使用簡(jiǎn)單，對(duì)資源要求低等特點(diǎn)，適合在移動(dòng)計(jì)算環(huán)境中應(yīng)用。
　　移動(dòng)計(jì)算環(huán)境中，低通信帶寬、存儲(chǔ)空

2、間限制、節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性、頻繁的斷開(kāi)連接和能量限制等特點(diǎn)決定了為固定網(wǎng)絡(luò)分布式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的卷回恢復(fù)技術(shù)不能直接地應(yīng)用到移動(dòng)計(jì)算系統(tǒng)中。在保證系統(tǒng)一致性的前提下，減少檢查點(diǎn)和消息日志的存儲(chǔ)開(kāi)銷、減少卷回恢復(fù)機(jī)制引入的通信開(kāi)銷、提高移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的自治性(autonomy)、減少由于進(jìn)程間依賴關(guān)系造成的節(jié)點(diǎn)間耦合、實(shí)現(xiàn)卷回恢復(fù)機(jī)制對(duì)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的透明，是移動(dòng)環(huán)境下卷回恢復(fù)技術(shù)研究的核心問(wèn)題。本文圍繞以上內(nèi)容展開(kāi)研究。
　　進(jìn)程檢查點(diǎn)是卷回恢復(fù)機(jī)制研究

3、的基礎(chǔ)，降低檢查點(diǎn)開(kāi)銷是進(jìn)程檢查點(diǎn)的重要研究方向。尤其在移動(dòng)計(jì)算系統(tǒng)中，其資源受限的特點(diǎn)決定了設(shè)計(jì)的卷回恢復(fù)算法必須具有低開(kāi)銷的特點(diǎn)。利用內(nèi)核級(jí)檢查點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合移動(dòng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境的特點(diǎn)，提出了兩種自適應(yīng)檢查點(diǎn)間隔控制策略：基于故障預(yù)測(cè)的步進(jìn)式檢查點(diǎn)策略和基于內(nèi)存數(shù)據(jù)量預(yù)測(cè)的內(nèi)存門限方法，兩者結(jié)合可以很好的動(dòng)態(tài)控制檢查點(diǎn)設(shè)置間隔，有效減少檢查點(diǎn)的存儲(chǔ)開(kāi)銷和計(jì)算損失。
　　在移動(dòng)計(jì)算環(huán)境的實(shí)際應(yīng)用中，很多網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是松耦合的，移動(dòng)

4、節(jié)點(diǎn)自治性很強(qiáng)，希望的容錯(cuò)機(jī)制是一種透明的服務(wù)，同時(shí)需要異步的卷回恢復(fù)。提出一種基于先行圖的移動(dòng)計(jì)算環(huán)境因果日志及卷回恢復(fù)算法MC_CML，通過(guò)在MSS上記錄的先行圖來(lái)記錄MH間的依賴關(guān)系，同時(shí)采用基于發(fā)送方的暫存消息日志和非協(xié)同檢查點(diǎn)記錄節(jié)點(diǎn)狀態(tài)。支持站只需為每個(gè)節(jié)點(diǎn)保存一個(gè)最近的檢查點(diǎn)，避免了日志信息的同步穩(wěn)定存儲(chǔ)，減少了無(wú)錯(cuò)運(yùn)行時(shí)的開(kāi)銷。某節(jié)點(diǎn)失效后，只有該節(jié)點(diǎn)本身需要卷回到最近的檢查點(diǎn)，而其他進(jìn)程無(wú)需卷回，從而實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)節(jié)點(diǎn)透明

5、的完全異步的卷回恢復(fù)。
　　MC_CML的應(yīng)用范圍有一定的局限性，在大規(guī)模移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中采用因果日志將帶來(lái)很大的存儲(chǔ)和通信開(kāi)銷，考慮將本應(yīng)該在MH一級(jí)進(jìn)行的檢查點(diǎn)存儲(chǔ)、消息日志和依賴跟蹤等工作全部轉(zhuǎn)移到MSS上進(jìn)行存儲(chǔ)和處理而在MSS之間維護(hù)跨區(qū)消息的依賴信息，形成小區(qū)內(nèi)、小區(qū)外兩層因果依賴關(guān)系的跟蹤。提出一種移動(dòng)計(jì)算環(huán)境分層因果日志協(xié)議MC_HCML，采用分層的因果日志記錄消息間的因果依賴關(guān)系，結(jié)合協(xié)同檢查點(diǎn)算法，實(shí)現(xiàn)MSS-MH兩

6、層的因果日志協(xié)議。基于SPIN系統(tǒng)，搭建了移動(dòng)計(jì)算環(huán)境的仿真平臺(tái)仿真。實(shí)驗(yàn)表明，MC_HCML在降低無(wú)故障運(yùn)行時(shí)的通信開(kāi)銷和減少卷回恢復(fù)過(guò)程中的計(jì)算損失開(kāi)銷，控制參與卷回恢復(fù)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)量各方面都體現(xiàn)出良好的協(xié)議性能。
　　異構(gòu)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中，由于不同類型的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的計(jì)算任務(wù)、通信負(fù)載、可靠性不同，所以檢查點(diǎn)周期的最優(yōu)間隔是不同的。因此，多周期的半同步檢查點(diǎn)機(jī)制在異構(gòu)的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中可以得到很好的應(yīng)用。提出一種結(jié)合選擇性日志的半同步檢查點(diǎn)算