Linux内核级多进程任务容错技术研究

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随着计算机芯片的工作电压的降低,工作频率的提高,芯片瞬时故障概率越来越大,在某些领域,计算机系统更要承受外界环境的干扰,进一步增加瞬时故障发生的概率。为了提高计算机系统的整体可用性,研究容错技术非常有必要。目前较为成熟的硬件容错技术成本都很高且通用性较差,而常见的软件容错技术一般都只考虑故障检测,没有相应的错误恢复机制,实现方式透明性差,并且目前的进程级软件容错技术都有潜伏故障的问题。本文基于Linux内核提出一种进程级软件容错技术,使用内核模块实现进程的冗余对比,具有用户透明性,同时考虑多进程任务的支持;并结合编译器调试技术和增量检查点技术,相对传统软件容错减少了潜伏故障发生的可能。本文的软件容错技术实现方案为:解析任务进程中包含的调试信息,传递给内核错误检测模块,并将任务进程复制为两份冗余同步执行,在任务进程进入系统调用时对进程的状态进行对比,来检测故障。使用增量检查点按照定时或错误检测结果两种方式保存进程的状态,提供恢复机制。监控任务进程创建的子进程,自动将其纳入容错范围,提供多进程支持。该方案不需修改用户源代码,无需额外硬件支持,具有较好透明性。最后设计一种软件故障注入工具,能对目标进程的多个数据段进行随机故障注入。在此基础上验证了Linux内核级多进程任务容错技术减少潜伏故障的有效性。并对多进程任务的支持进行实验,测出其并行加速性能和开销。
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