计算机容错技术作业
容错计算char01
计算机容错技术
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冗余的种类：
硬件冗余：
– 双工、三模（TMR）、N模（NMR）； – 动态、静态、混合； – 相似（同构）冗余，非相似（异构）冗余
时间冗余：指令复执、程序卷回、重试、启动bit、连续bit（在线自 检测） 信息冗余：检错码、纠错码 软件冗余：NVP（N文本、静态冗余） RB（恢复块、动态冗余）
中国铁道出版社 胡谋
《可靠系统的设计理论及其应用》
科学出版社 西沃赖克
《实时系统中的可靠性技术》
清华大学出版社 袁由光
《计算机系统硬件软件可靠性理论及其应用》
国防工业出版社 付佩琛
《Fault Tolerant Computer System Design》
Dhiraj K.Pradhan
课程网站
– 管理：标准、质量控制 – 设计方法：控制复杂性 – 验证技术：测试，正确性证明
计算机容错技术
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硬件系统容错
故障限制：限制故障传播、使故障的影响局部化 故障检测：检测有无故障发生 故障屏蔽：掩盖掉故障的影响，即使故障也不产生错误 重试：消除瞬时故障的影响 诊断：定位故障位置和影响范围
计算机容错技术
• 事故的主要原因
– 在设计上，没有根据阿丽亚娜5型火箭的特点进行“定位软件”的重用，而是照搬 阿丽亚娜4型火箭的“定位软件”，并用相同版本的软件装入双模冗余的计算机中 – 在测试和合格认证中，先入为主地断定惯性制导系统没问题，而未进行惯性制 导系统的闭合仿真认证
– Therac-25是基于计算机的电子加速器放射治疗系统，已经安装了11 台，美国5台，加拿大6台
计算机容错技术
R(t) A(t) M(t) S(t) P ( L，t )
计算机控制系统的容错技术
双机热备容错方案 ，具有安装技术难度 比较大 、投资较大等特点 ，
对应用软件的设计有一定 的要求 ，需要专业技术人员进行维护 ， 特别对
一
些生产控制系统 ， 在 系统发生故障进行热切换时 ，往往需要 人工确认
中图分类号：Ｔ Ｐ ３ ９ ３文献标识码：Ｂ 文章编号 ：１ ０ ０ ９ — ４ ０ ６ ７ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ４ — ５ ２ 一 Ｏ １
计算机容错技术的控制方法主要来源于先行二次型 、自适应 或者鲁 棒控制 ，我国计算机控制系统 的容错技术 目 前还处于初始阶段 ，因为计 算机容错技术在提高系统可靠性方面有较好的效果 ，所有人们开始组建 认识到容错技术 的重要性。冗余方法和解析冗余方法是计算机控制系统 容错技术的主要两大方法 ，相信计算机控制系统的容错技术未来会有更
控制对象的状态信息 。 而硬件容错 ，主要采用 同步和故障诊断技术 ，实现静态冗 余。同步
在加利福尼亚技术学 院作 了关于容错技术研究的五个报告， 他所提 出的精
辟论断成了以后容错技术研究的基础 。七十年代是容错技术研究蓬勃发 展的时期。应用和研究范 围迅速从宇航领域扩大到工厂 自动化 、交通管
出现故障，则将任务重新调整 ，让无故障机承担故 障机的任务 ，或者让 系统的功能降级，这样系统故 障时丧失了一些控制功能 。 也可选用带 Ｒ Ａ Ｉ Ｄ阵列盘的服务器用于双机容错 ， 使单台服务器的存 储系统实现容错 ，提高可靠性。服务器之间的互连可以采用光纤连接 ， 数据传输不受电磁干扰 。实现服务器相互备用 、负载分散 的可用性服务
机Ｓ Ｔ Ａ Ｒ （ 稳定工作十年 以上） 、贝尔实验室的电子开关系统 Ｅ Ｓ Ｓ 系列处理 机 、软件实现容错的 Ｓ Ｉ Ｆ Ｔ计算机 、容错 多重处理机 Ｆ ＴＭ Ｐ 等 。八十年代 是微型计算机迅速发展和广泛应用 的时代 ， 容错技术也随着计算机的普及 而深入 到整个工业界。许 多公 司生产的容错计算机 已经推向市场。如美 国Ａ ｔ ｒ ａ ｔ ｕ ｓ 公 司的 Ｘ Ａ ２ ０ ０ ０ 及Ｔ ａ ｎ ｄ ｅ ｍ公 司的容错机 Ｎ ｏ ｎ ｓ ｔ ｏ ｐ Ｎ Ｃ Ｒ ９ ８ ０ ０ ， 其特 点是高吞吐率， 连续可用性好， 遇到破坏时可 以恢复， 并可 以随时在线维修。 计算机系统的可靠性指标也不断提高。美 国航空局的交通管制系统的不 可用率可达 ５ ＂ １ ０ — ６ ， 即每年可有 ２ ． ６ 分钟的时间停工检修 。日本新 干线运 行管理控制 系统的工作效率可达 ９ ９ ． ９ ９ ％。 在国 内， 随着计算机控制技术 的迅速发展和应 用的 日益深入， 对计算 机控制系统可靠性的要求也越来越高， 人们不仅仅满足于 系统在控制功能 上 的完备性， 而且把高可靠性作为衡量系统性能 的不可缺少 的重要指标 。 八十年代， 容错技术在计算机控制系统中的应用研究得 到普遍关注。根据 系统结构及复杂程度， 研究者们在硬件及软件设计上采用各种容错技术， 以提高系统的可靠 性。 许多具有容错功能 的计算机控制系统已投入使用。 如铁路调度程控电话 系统， 民 航管理调度系统等 。
计算机错误处理与容错技术解析
计算机错误处理与容错技术解析计算机是现代社会中不可或缺的工具，然而在计算机工作的过程中，由于硬件故障、软件错误或其他原因，会不可避免地出现错误。
因此，计算机错误处理与容错技术成为了计算机科学领域中的一个重要研究方向。
本文将详细解析计算机错误处理与容错技术，涵盖以下几个方面的内容：1. 错误类型与产生原因- 硬件错误：例如芯片故障、电路连接错误等。
- 软件错误：例如编程错误、逻辑错误等。
- 网络错误：例如数据传输中的丢包、延迟等。
2. 错误诊断与定位- 硬件错误诊断：通过硬件测试设备、故障排除等手段来检测和定位硬件错误。
- 软件错误诊断：通过调试工具、错误日志等手段来检测和定位软件错误。
- 网络错误诊断：通过网络分析工具、数据包分析等手段来检测和定位网络错误。
3. 容错技术- 硬件容错技术：例如冗余冗余阵列(RAID)、错误检测与纠正码(ECC)等。
- 软件容错技术：例如备份与恢复、事务处理等。
- 网络容错技术：例如冗余路由、链路聚合等。
4. 错误处理与修复- 硬件错误处理：例如更换故障硬件、替换故障部件等。
- 软件错误处理：例如修复软件漏洞、修改代码等。
- 网络错误处理：例如调整网络拓扑、增加网络带宽等。
5. 错误预测与预防- 硬件错误预测与预防：通过硬件监控、负载平衡等手段预测和预防硬件错误。
- 软件错误预测与预防：通过代码审查、测试用例设计等手段预测和预防软件错误。
- 网络错误预测与预防：通过流量分析、拓扑优化等手段预测和预防网络错误。
6. 错误处理与容错技术的应用领域- 数据中心：例如在大规模服务器集群中，故障容错成为了提升系统可靠性的重要手段。
- 嵌入式系统：例如在飞行控制系统、医疗设备等领域，容错技术能够保证系统的稳定运行。
- 云计算：例如在云平台中，通过容错技术可以提供高可用、高性能的服务。
总结：计算机错误处理与容错技术是保障计算机系统运行稳定性和可靠性的重要手段。
通过对不同类型的错误进行诊断、容错和预测，可以极大程度上降低错误对计算机系统的影响，提高系统的可用性和性能。
计算机容错技术及应用论文
计算机容错技术及应用浅析摘要：本文详细地介绍了容错技术基本原理、采用的主要技术与计算机容错技术在现阶段的实际应用状况，进行了集群系统容错与硬件容错的对比分析，最后在容错技术的发展方向上进行了展望。
关键词: 计算机容错技术集群技术１.前言计算机系统中出现的故障大致可分为永久性故障、间歇性故障与偶然性故障几大类。
容错技术是提高计算机系统可靠性的重要手段。
如果计算机系统内部存在故障，我们就能够采用容错技术将这些故障的影响消除，保证系统最终输出结果的正确性永久性故障指的是直至修复为止、否则将永远持续进行的故障，其对硬件来讲意味着物理变异的不可逆；而对软件来讲，此故障就是一个不能够进行自动恢复的错误状态[1]。
2.容错技术原理容错技术可以适时地自动检测、诊断出计算机系统的故障，并且采取一些必要的应对策略。
针对不同的故障要采取相应的不同容错方法。
总体来说，容错技术大体上有故障检测、静态冗余与动态冗余三种[2]。
尽管故障检测能够检测故障，不允许故障存在，但是却不能容错。
故障检测主要依据的原理是大多数失效最终会造成逻辑故障。
可用来检测逻辑故障的方法有很多，比如一致性校验、奇偶校验与协议违章等都可以用于故障检测。
静态冗余是指通过冗余进行硬件设备配置，对多个部件的逻辑处理结果进行表决，以保证输出结果的正确性；运用故障限制与故障屏蔽等技术进行故障部件的故障隔离[3]。
动态冗余则是以静态冗余为基础，依据故障诊断进行故障定位与故障重试，对系统内部的永久性故障进行故障隔离、故障限制与系统重组，最终实现故障恢复。
3.计算机中的主要容错技术应用nvp与rb是最基本的两种软件容错技术，它们能够有效地提高计算机系统可靠性[4]。
nvp技术是一种多版本编程设计结构，属于静态冗余方法；它的基本设计思想为将多个采用不同编程方法而具有同样功能的程序去执行一项运算，输出的结果是由多数表决决定的，其结构如图1所示。
此系统中的多版本是依据同一个需求说明，按不同的设计方法、编程语言、开发工具等由不同的设计人员开发的具有同样功能的软件版本，也就是所说的版本设计相异性。
什么是计算机网络容错与恢复常见的计算机网络容错与恢复技术有哪些
什么是计算机网络容错与恢复常见的计算机网络容错与恢复技术有哪些计算机网络容错与恢复技术是指在计算机网络中，为了确保系统的可靠性和稳定性，在面临各种故障和意外情况时，采取一系列的技术手段来保障网络的正常运行。
本文将介绍计算机网络容错与恢复的概念以及常见的计算机网络容错与恢复技术。
一、计算机网络容错与恢复的概念计算机网络容错与恢复是指当计算机网络发生故障或者遭到攻击时，通过一系列的技术手段来保障网络的正常运行。
容错是指通过错误检测、错误纠正、冗余备份等技术手段，预防或者提供智能处理来减少错误带来的恶果。
恢复是指在故障发生之后，通过切换、备份恢复、故障隔离、故障恢复等技术手段，保障网络的功能性和可用性。
二、常见的计算机网络容错技术1. 错误检测与纠正技术错误检测技术可以通过校验和、循环冗余校验码（CRC）等方法检测出传输过程中的错误，确保数据的准确性。
纠错技术则是通过使用一些纠错码，比如海明码或者RS码，根据一定算法对数据进行纠错，从而恢复被错误修改的数据。
2. 冗余备份技术冗余备份是指将关键数据、关键设备或者关键系统在多个不同的位置进行备份，当出现故障时，可以使用备份来代替故障设备或者系统的运行。
冗余备份可以分为硬件冗余和软件冗余两种，常见的硬件冗余包括热备份、冷备份和温备份，而软件冗余则通过集群和镜像等技术手段实现。
3. 容错路由技术容错路由技术是指在网络通信过程中，通过使用多个备选路径和故障转发机制，在主路径出现故障时，及时寻找可靠的备选路径来传输数据。
常见的容错路由技术包括静态路由、动态路由协议和链路状态协议等。
三、常见的计算机网络恢复技术1. 故障隔离技术故障隔离技术是指在网络中，当发生故障时，及时将故障节点或者故障链路从网络中隔离，以保护整个网络的正常运行。
常见的故障隔离技术包括冗余链路、虚拟局域网（VLAN）和安全隔离等方法。
2. 故障恢复技术故障恢复技术是指在网络出现故障之后，通过一系列的手段来恢复网络的正常运行。
计算机系统容错设计
计算机系统容错设计一、引言计算机系统在运行过程中可能会出现各种故障和错误，这些故障和错误可能导致系统崩溃或数据丢失等严重后果。
因此，为了提高计算机系统的可靠性和稳定性，需要进行容错设计。
本文将就计算机系统容错设计的基本原理、策略和方法进行论述，并提供相应的答案和解析。
二、容错设计的基本原理容错设计的基本原理是通过增加冗余和使用错误检测与纠正技术来实现系统的可靠性。
冗余是指在计算机系统中添加额外的硬件、软件或数据，以便在故障发生时可以恢复正常运行。
错误检测与纠正技术是指通过检测和纠正计算机系统中可能出现的错误，以确保系统的正常工作。
三、容错设计的策略1.硬件冗余策略硬件冗余策略是通过增加硬件的冗余来提高系统的可靠性。
这可以包括对主要组件进行冗余设计，如冗余电源、冗余存储器、冗余处理器等。
当一个组件出现故障时，系统可以自动切换到备用组件，以保证系统的正常运行。
2.软件冗余策略软件冗余策略是通过增加软件的冗余来提高系统的可靠性。
这可以包括备份关键软件模块、使用多个相同的软件实例进行执行、实现软件的自动重启等。
当一个软件模块出现故障时，系统可以自动切换到备用模块，以确保系统的正常运行。
3.数据冗余策略数据冗余策略是通过增加数据的冗余来提高系统的可靠性。
这可以包括数据备份、数据镜像、数据冗余存储等。
当数据出现损坏或丢失时，系统可以从备份数据中恢复，以保证数据的完整性和可用性。
四、容错设计的方法1.错误检测与纠正技术错误检测与纠正技术是容错设计中最常用的方法之一。
这可以包括使用冗余校验码、奇偶校验码、哈希校验码等方式来检测和纠正数据传输中的错误。
当检测到错误时，系统可以自动进行纠正或重传，以确保数据的准确传输。
2.故障恢复与重启技术故障恢复与重启技术是容错设计中另一个重要的方法。
这可以包括使用备份组件、备份系统或备份数据来实现对故障的快速恢复。
当系统出现故障时，可以通过自动重启或手动恢复来恢复系统的正常运行。
计算机系统容错技术
02 03
发展阶段
随着计算机技术的不断发展，容错技术也不断进步。目前，容错技术已 经发展到了基于云计算和大数据的容错技术，可以通过虚拟化技术实现 资源的动态分配和容错处理。
未来趋势
未来，随着人工智能和机器学习技术的不断发展，容错技术将会更加智 能化和自动化。同时，随着云计算和大数据技术的普及和应用，容错技 术将会更加高效和可靠。
03
硬件容错技术
硬件冗余技术
冗余设计
通过增加硬件设备或组件的备份 ，提高系统的可靠性。例如，服 务器集群中的热备硬盘、多处理 器系统中的冗余处理器等。
热备份技术
在正常运行时，备份设备处于休 眠状态，当主设备出现故障时， 备份设备自动接管任务，保证系 统连续运行。
硬件故障屏蔽技术
故障检测
通过定期检查硬件设备的状态，及时 发现潜在的故障。
计算机系统容错技术
汇报人： 2023-12-19
目录
• 引言 • 容错技术的基本概念 • 硬件容错技术 • 软件容错技术 • 混合容错技术 • 实际应用案例分析 • 未来发展趋势与挑战
01
引言
容错技术的重要性
01
02
03
保证系统可靠性
容错技术可以提高计算机 系统的可靠性，减少因故 障或错误导致的系统崩溃 或数据丢失。
提高用户体验
容错技术可以减少用户在 使用计算机系统时遇到的 问题和麻烦，提高用户体 验。
促进产业发展
容错技术是计算机产业发 展的重要支撑，对于提高 计算机系统的稳定性和安 全性具有重要意义。
容错技术的发展历程
01
初期阶段
早期的容错技术主要采用硬件冗余和软件冗余的方式，通过增加硬件和
软件的备份和冗余来提高系统的可靠性。
容错技术、误差校验、故障诊断、计算机安全
它 既 满 足 杂交 方 法 所 偏 求的
条 件 又有 较
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可 用 于 印 刷 品 防伪的数字水印算 法 〔 中 张 丽 强 刀 刊 信息安全与 通 信保密 一 一 文 献 已 报道多种可 用 于 印 刷 品 防伪的数字 水 印算 法 由于 打 印 扫 描 过 程 的特殊 性 使 得 其 中有 些 算 法 的水 印检测效果达 不 到 实 用要求 文章在 研 究 打 印 扫 描 对数 字图像所 引起的 失真的规律 基 础 上 提 出 了
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1、故障的本质是什么？
故障指硬件元件损坏（或软件中的BUG），使该元件（或软件模块）不能完成指定逻辑功能的事件。
它存在于“物理空间” （构成计算机的硬、软件全体组成它的物理空间）中，是客观存在的事件。
其中：硬件故障一般是由元件的物理缺陷导致的，或因运行环境恶劣而引发的随机的故障，这些是可以通过冗余同样硬件加以蔽屏掉的；软件故障一般是由设计错误造成的，是设计时固有的而与干扰无关，一般采用异样的或非相似的软件设计来进行冗余管理。
2、举例说明故障、差错及失效有何不同，举例说明故障潜伏期和差错潜伏期有何不同，举例说明永久故障、间歇故障、瞬时故障有何不同。
故障：是系统的硬件中发生的物理缺陷，设计制造的不完善或软件中隐含的错误。
硬件故障的例子如线路的短路或开路、晶体管不能正常导通或截止等。
软件故障的例子如程序的死循环等。
差错：差错是系统中由于故障而造成的信息或状态的不正确。
故障是差错的原因，而差错是故障的结果，如：计算机运行过程中指令区“漂”至数据区。
失效：失效是指系统未能正确提供预先指定的服务。
差错是失效的原因，而失效是差错的结果，如：系统不能正常工作。
从故障发生到由于该故障而产生差错的时间间隔称为故障潜伏期（fault latency）。
从差错出现到由于该差错而导致失效的时间间隔称为差错潜伏期（error latency）。
故障不一定立即引起差错，比如一个与门输出端发生了s-a-0故障，如果很长一段时间，该与门的n个输入不都为1，则在它的输出端并没有‘错误’信号出现，因而也不会有差错信息产生。
从差错产生后，并不一定立即失效，只有当错误的结果输出，或差错使系统无法继续运行下去，才会发生失效。
永久性故障：一旦发生即永久存在，如s-a-1/s-a-0
间歇性故障：重复的发生/消失，间竭地活动，如接触不良。
依一定条件有时发生，条件成立就发生，如串扰故障。
瞬时故障：发生后很快就消失，持续时间短，如受电磁干扰、雷电干扰，空间粒子轰击存储器单元。
3、说明门级故障模型，它适合于什么场合？
门级故障模型指：门级逻辑网络中每个门的每根输入输出线均可能发生两种故障，即该线固定为逻辑1或逻辑0；故障不改变门的基本功能；故障是永久故障。
除逻辑固定型故障模型外，比较重要的门级故障模型还有桥接故障模型和信号翻转模型。
该故障模型的建立使用方便，可用布尔代数处理，为复杂的系统产生测试码，故适于不同电路技术。
1、避错设计的目的是什么？
在现有元器件可行性水平的基础上，如何在不用冗余的条件下，在电路、部件、分系统的设计中保证系统可靠性指标的实现。
2、避错技术能不能容忍软件和硬件的故障？要减少软件和硬件的故障要考虑哪些方面的问题？
避错技术是采用各种分析和设计方法以避免硬/软件的故障、错误发生，因此它不能容忍软件和硬件的故障。
软件避错考虑以下问题：
（1）生产管理：将软件生存期分段；据不同特点管理用各自的规格说明，分析技术，形式化描术；质量标准和质量保证措施。
（2）设计方法和工具：控制、减少复杂性；提高变换精确性；改善信息联络；结构化；模块化；自顶向下；伪码；HIPO图……
（3）软件测试＜排错＞和验证
硬件避错考虑以下问题：
（1）防护技术：热设计技术；抗振技术；环境防护处理，如：气候、力学、生物、电磁辐射；电磁兼容（EMC）设计
（2）质量控制：筛选
（3）动态设计，提高集成度
3、什么是电气设备的电磁兼容性？如何设计才可以保障设备有要求的电磁兼容性？
电磁兼容性（EMC）――是指一种理想的工作环境，系统或电子设备在工作时产生的电磁噪声，不影响其它设备的正常工作性能，而且在规定的电磁环境电平里，不受外来电磁噪声影响，保持正常工作性能，叫这些电气设备是电磁兼容的。
系统内电磁兼容性设计：
（1）考虑信号线、电源线的最大长度，使之不会成为收、发天线；
（2）按工作进程中开关时间、开关电流和噪声分配指标计算电源去耦电容；
（3）选择和确定印制线阻抗（R），使得在其上开关电流不造成过大的压降；
（4）减小反射；
（5）其他：减小感性耦合、容性耦合以降低串扰；加大线宽，互相间不平行，要直角交叉，平行线间加地；多层布线。
系统间电磁兼容性设计：
（1）接地设计；
（2）电缆要敷设合理；
（3）使用屏蔽体对辐射源屏蔽；
（4）使用滤波器阻断假的信号。