基于RTEMS的软件容错系统设计研究

运行于空间环境中的计算机系统,受空间辐射的影响,可能会发生各种各样的错误。为了提高系统可靠性,需要对其进行容错。在本文中,首先分析RTEMS本身的特点和空间环境的特点;然后在此基础上提出基于RTEMS的软件容错系统的分层设计思想,并给出具体的层次设计过程;最后结合模拟实验验证给出容错状态下系统的性能分析。实验结
果表明,对容错系统的分层设计是必要的。     

基于RTEMS的软件容错系统设计

在空间环境下运行的计算机系统,高空辐射可能引发各种各样的异常或错误而导致故障。为了提高系统的可靠性,同时尽可能减少对系统实时性能的影响,需要对其进行有效的容错。针对节点和应用软件的故障检测和故障恢复进行研究与分析,提出了多种灵活有效的软件容错策略与设计方案,并基于四节点的多机硬件体系结构和RTEMS软件操作系统,设计并实现了一个系统原型。运行结果显示,该方案有效地提高了嵌入式实时系统的可靠性。     

单片微机测控系统软件的容错设计

重点对单片微机测控系统软件容错的设计方法和技术进行讨论。主要方法有堆栈溢出及中断冲突的预防,软件算法及软件运行的容错,重要信息的保护恢复与纠错,重要模块的安全措施,严格控制状态转移条件,软件标志位的正确使用等。     

软件双冗余容错系统的容错能力和性能分析

双冗余是比较常用的冗余容错设计方法.软件双冗余容错系统通过冗余执行完成相同功能的两个软件副本,并检查它们的结果,根据两者结果是否一致来判断是否出现了错误.建立了软件双冗余容错系统的运行时模型,并引入了软件双冗余容错系统的容错能力的概念.根据该模型分析了单个软件副本的容错能力对软件双冗余容错系统的容错能力和性能的影响.分析结果显示,提高单个软件副本的容错能力不仅能够提高软件双冗余容错系统的容错能力,还能够提高系统的性能.但在极端情况下,双冗余容错系统的容错能力也可能会小于单个软件副本的容错能力.     

容错软件生成系统─FTSGS

在软件开发过程中采用避错设计、查错设计和容错设计技术是提高软件可靠性的基本途径。这里介绍了一种采用多个软件模块自动生成技术进行可靠性设计的系统。其主要功能是定义软件开发过程,指导、控制以使软件开发自动化。其目标是提供一个基于面向对象方法学的、高可靠性的软件开发平台。     

设置进程检查点的嵌入式容错系统设计

针对嵌入式Linux系统的特点,通过设置检查点(checkpoint)实现ARM平台进程级容错。在检查点工作时,通过/proc文件系统与内核进行交互,实时地获取与进程有关的PID、CPU状态以及内存信息,并保存在存储介质中。当进程出现故障后,将上述与进程有关的状态信息进行恢复,从而实现进程级容错。实验表明,该进程级容错系统有较好的容错能力,极大地缩短了进程恢复的时间。     

单片微机测控系统软件的容错设计

重点对单片微机测控系统软件容错的设计方法和技术进行讨论。主要方法有：堆栈溢出及中断冲突的预防，软件算法及软件运行的容错，重要信息的保护恢复与纠错，重要模块的安全措施，严格控制状态转移条件，软件标志位的正确使用等。     

一种改进的实时嵌入式系统容错优化方法

容错技术中硬件冗余会产生较高的设计和生产成本.针对该问题,提出一种改进的实时嵌入式系统容错优化方法,基于检查点容错技术综合分析系统故障性能、硬实时任务时间约束和软实时任务的效用函数值.以设计的容错模型为基础,计算系统故障概率保证其在故障最大概率值内,给出硬任务截止时间确定可调度性,并应用改进的禁忌搜索算法获得软任务效用函数最佳值,算法有2种简单的邻节点结构,其禁忌准则遵循邻节点方法禁忌,优化效率明显改善.实验结果表明,该方法可进行故障分析等综合分析,并能迅速获得最大效用函数值.     

软件容错：技术与展望

本文主要给出现有主流软件容错技术的一个综述。首先从传统软件容错技术开始，介绍设计多样性和数据多样性；然后介绍主流的软件容错新技术，如重配置与重恢复、指令复制错误探测、SWIFT等，同时，站在软件容错用于处理嵌入式系统硬件暂态故障的角度对这些技术进行了分析；最后在对它们比较的基础上探讨软件容错技术的可能发展方
向。     

嵌入式操作系统RTEMS基于多处理器的优化

随着多处理器嵌入式系统应用的普及,通用嵌入式操作系统开始引入对并行化的支持,作为优秀的开源嵌入式操作系统RTEMS亦是如此。但是RTEMS对多处理器的支持机制上存在可能会使整个多机系统崩溃的死锁问题,此外在数据处理系统中做数据分发时对硬件性能损失十分严重。该文结合某型号星载计算机的研发工作,对RTEMS的多处理器支持机制加以完善,并对RTEMS存在的数据分发时的性能瓶颈给出一种优化方案。     

利用软件容错技术提高Web服务组合的可靠性

Web服务的一个优点就是可以通过基本服务组合形成更为复杂的服务。为了确保Web服务组合的可靠性,可以利用软件容错技术来提高服务组合的可靠性。针对BPEL流程形式描述的组合服务,本文提出了一种利用软件容错模式增强组合服务可靠性的方法,并利用随机回报网模型度量组合服务的可靠性。     

基于DSP 软加固下的功耗优化方法

由于太空中存在各种宇宙射线辐射,导致星载设备产生可靠性问题,使得高性能数字信号处理器(DSP)在航空航 天中的应用受到制约,因此需要采取容错措施来对其进行加固处理。但软加固算法会使程序复算而增加系统开销,文章 基于 C6748 DSP 平台,详细说明了在不影响检错率的情况下的功耗优化方法。实验结果表明,通过此方法在保证检错率 的条件下能显著降低系统开销,同时也提升了执行效率。     

一种支持容错的任务并行程序设计模型

任务并行程序设计模型已成为并行程序设计的主流,其通过发掘任务并行性来提高并行计算机的系统性能.提出一种支持容错的任务并行程序设计模型,将容错技术融入到任务并行程序设计模型中,在保证性能的同时提高系统可靠性.该模型以任务为调度、执行、错误检测与恢复的基本单位,在应用级实现容错支持.采用一种Buffer-Commit计算模型支持瞬时错误的检测与恢复;采用应用级无盘检查点实现节点故障类型永久错误的恢复;采用一种支持容错的工作窃取任务调度策略获得动态负载均衡.实验结果表明,该模型以较低的性能开销提供了对硬件错误的容错支持.     

基于RTEMS操作系统的设备驱动开发

论述了RTEMS操作系统的内核结构,分析和介绍了在RTEMS操作系统下设备驱动开发的基本方法.     

面向云应用系统的容错即服务优化提供方法

通过提供高效且持续可用的容错服务以保障云应用系统的可靠运行是至关重要的.采用容错即服务的模式,提出了一种优化的云容错服务动态提供方法,从云应用组件的可靠性及响应时间等方面描述云应用容错需求,以常用的复制、检查点和NVP（N-version programming）等容错技术为基础,充分考虑容错服务动态切换开销,分别针对支撑容错服务的底层云资源是否足够的场景,给出可用容错即服务提供方案的最优化求解方法.实验结果表明,所提方法降低了云应用系统支付的容错服务费用及支撑容错服务的底层云资源的开销,提高了容错服务提供商为多个云应用实施高效、可靠容错即服务的能力.