分布式系统中容错技术导论
收稿日期:20040714作者简介:刘俊丽(1972),女,毕业于黑龙江大学计算数学及其应用软件专业,黑龙江省黑河学院计算机系讲师,从事计算机教学工作。分布式系统中容错技术导论
刘俊丽
(齐齐哈尔大学黑河学院,齐齐哈尔164300)
摘要本文讲述的是分布计算系统出现部分失效的时候,系统应该能自动从失效中恢复过来,并且不会对整个系统的性能产生严重的影响。关键词分布式系统;故障;失效;容错AbstractThearticleisaboutthefaulttolerancethatthesystemcanrecoverfromthecrashautomaticallyandwonthaveaseriousinfluenceonthefunctionofthewholesystem.Keywordsthedistributedsystem;thecrash;thefailure;thefaulttolerance中图分类号TP392文献标识码A文章编号1008-0821(2004)10-0223-03
分布计算系统区别于单机系统的一个特点是在分布式
系统中存在着部分失效的情况。当分布式系统某个部件出
现问题的时候就发生了部分失效。虽然部分失效对分布式系统的性能有一定的影响,但同时,它应该不会影响分布
式系统中整个应用程序的正确执行。相反,在单机系统中,
如果系统中的一个关键部件出现问题,整个应用程序就无法继续执行。
分布计算系统的一个重要设计目标是当系统中出现部
分失效的时候,系统应该能自动从失效中恢复过来,并且不会对整个系统的性能产生严重的影响。故此在这里我们
讨论分布计算系统中的容错技术。
容错是计算机科学中一个重要的研究领域。首先介绍与故障处理有关的一些基本概念和分布计算系统中的故障
模型。关于分布计算系统中容错的一些非常有用而详细的
介绍可以参见文献[JALOTE,1994]。
1基本概念
分布计算系统应该是一个可信赖的系统(dependablesystem),容错是与可信赖系统紧密相联系的一个概念。分
布计算系统的可信赖性(dependability)包括如下几个方面
[KOPETZ,1993]:
11可用性(availability)
可用性反映的是系统随时可被用户使用的特性。也就是说,在任何给定的时刻用户都可以使用此系统正确地执
行用户给定的任务。
12可靠性(reliability)
可靠性指的是在错误存在的情况下,系统持续服务的
能力。尽管可靠性和可用性容易混淆,但它们并不是同一个概念。可靠性反映的是一段时间的特性,而可用性反映
的是某个时刻的特性。高可靠性系统能够持续运行一个相
当长的时间而不会中断。如果一个系统,每个小时都有并且仅有1毫秒时间失效,那么它的可用性可达999999%,
但是它仍然是一个高度不可靠的系统。同样地,如果一个
系统从来不崩溃,但是在8月份中,有2个星期的假期需要关机,这个系统是高可靠性的系统,但是它的可用性只
有96%。
13安全性(safety)
安全性指的是在系统出现暂时错误的情况下,不出现灾难性后果的能力。例如核电厂的控制系统和宇宙飞船的
控制系统要求具有很高的安全性。
14可维护性(maintainability)
可维护性指的是系统一旦出现故障,系统易于修复的能力。高可维护性的系统意味着具有高的可用性。对于高
可维护性系统来说,要求它具有自动检测错误和自动修复
的能力。
15保密性(security)
保密性要求系统资源不被非法用户访问。
系统失效指的是系统不能提供它所固有的服务功能。
例如,分布式系统是为用户提供一系列服务的,但其中某一个服务或某些服务功能不能完全正确提供时,就说系统
失效了。
一般来说,从错误的时间特性来看,错误可分为暂时性的(transient)、间歇性的(intermittent)和永久性的(per
manent)。暂时性的错误一旦发生之后就会消失,当相关的
操作重复执行之后,错误就消失了。间歇性的错误是一会儿出现,一会儿又消失的错误,这种错误是十分令人烦恼
的一种错误,因为它十分难于诊断。永久性错误是一种持
续性错误,这种错误一旦出现,将会长时间存在,直到出现错误的部件被修复为止。像集成芯片被烧坏、软件缺陷、
磁盘磁头损坏等都是永久性错误。2232004年10月第10期
October2004No.10现代情报
情报纵横2基本的故障模型
一个处于故障中的系统不能胜任它所应当提供的服务。
在分布式系统中,系统不能胜任它所提供的服务意味着系
统中的服务员,通信信道,或者二者都不能完全胜任它们
所应当具有的服务功能。在分布式系统中,错误的检测往
往很困难并且很复杂。例如一个失效的服务员可能不是由
这个服务员本身的故障造成的。如果一个服务员只有依赖于其他的服务员才能充分提供它所具有的服务功能,当一
个服务员不能提供它所具有的某项服务或某几项服务时,
错误可能是由该服务员本身造成的,也可能是由其他服务
员间接引起的。分布式系统中的各部件的相互依赖性是很
普遍的,例如一个硬盘错误可能会导致文件服务员不能提供正常的文件服务。如果这个文件服务员是一个分布式数
据库系统的一个组成部分,那么这个数据库系统的正常工
作就处于危险之中,可能会导致数据库系统中只有一部分
数据是可以访问的。所以,了解分布式系统中常见的错误
类型是十分必要的。按照不同的标准,有不同的划分故障
类型的方法,Cristian、Hadzilacos和Toueg将分布式系统中故障划分为如表1所示的几种类型[CRISTIAN,1991;
HADZILACOS,1993]。分布式系统中故障类型故障类型说明
崩溃性故障服务员停机,但是在服务员停机之前工作是正常的遗漏性故障服务员对输入的请求没有响应接收性遗漏服务员未能接收到输入报文发送性遗漏服务员未能发送出输入报文
时序性故障服务员对请求的响应不是按特定的时间间隔进行的响应故障服务员的响应是错误的值错误服务员给出了错误的响应值状态转换错误服务员背离了正确的控制流程
随意性故障服务员在随意的时刻产生了一个随意的响应。
崩溃性故障(crashfailure)一般发生在服务员过早地
停机。正常的情况下,一个服务员停机之前需要发送一些
通告性信息,使得系统能够做一些相应的处理,例如重新
启动例外一个服务员替换该服务员的服务等。如果一个服
务员在没有发出任何提示信息的情况下突然停机,就会带
来一系列的错误。例如在电源掉电和操作系统的死机的情况下都可以导致崩溃性故障。通常所提到的节点故障就是
属于这种类型。
遗漏性故障(omissionfailure)发生在虽然服务员是活
着的,但是对某个服务请求没有响应。遗漏性故障的第一
种情况是服务员收不到输入请求,例如一个服务员在处理某个请求的时候,服务员没有一个线程用来侦听到达的服
务请求。接收性遗漏故障不会改变服务员的当前状态,因
为它没有意识到有请求报文发送给它。发送性遗漏故障发生在服务员对所收到的服务请求进行了服务,但是在发送
响应报文的时候出现了故障。例如,服务员在发送响应报
文时,发送缓冲区溢出,而服务员没有处理这种情况的措
施。上述两种遗漏性故障属于我们通常所说的通信故障。另一种遗漏性故障与软件错误有关而与通信无关,如服务
员进入死循环,或者是由于不适当的内存管理,使得服务
员程序长时间被挂起。
时序故障(timingfailure)是一种与定时有关的故障。时序故障发生在服务员对请求的响应超过了特定的时间间
隔,特别是在实时系统中,服务员对服务请求的响应太迟
缓。
响应故障(responsefailure)是一类比较严重的故障,这类故障是指服务员对顾客的服务请求给出了不正确的响
应。一般来说,响应故障分为两类。一类是响应值出现错
误,即服务员给服务请求的回答信息是不正确的。例如,
我们使用一个搜索引擎在Internet上搜索信息,返回的结果却与我们所给出的搜索引擎无关,这是出现了值故障(val
uefailure),即服务员给出了错误的响应值。另一类响应故
障时状态转换错误(statetransitionfailure),当服务员对所收
到的服务请求做出了不符合期望的反应时,就会出现状态
转换错误。例如,当一个服务员接收到一个它不能识别的报文,而程序中并没有确定如何处理这样的报文,这时就
容易出现状态转换错误。
实际中最严重的一类错误是随意性故障(arbitraryfail
ure),即我们所熟知的拜占庭故障(Byzantinefailure)。随意性故障是一种随机性的故障,在正常情况下,服务员不会
出现故障,在某些不明因素的影响下,服务员偶尔会对服
务请求给出错误的结果,
这种错误很难被检测出来。当一
个出错的服务员和其他的服务员一起
协同工作时,出错的服务员会影响其他服务员而做出错误的决定。
3冗余的类型
容错是建立在冗余的基础上的,冗余是设置超过正常
系统操作所需要的信息、资源或时间。下面是典型的四种
冗余类型:
31硬件冗余
附加额外的处理器、IO设备等。
32软件冗余
附加软件模块的额外版本等。
33信息冗余
如使用了额外位数的错误检测代码等。
34时间冗余
如用来完成系统功能的额外时间。
有些研究者将冗余分为三类,即物理冗余、信息冗余
和时间冗余[JOHNSON,1995]。物理冗余可以用硬件冗余
的方式或软件冗余的方式来实现,因为硬件和软件在逻辑上是等同的。信息冗余的一个例子是海明码(hammingcode),使用海明码技术可以纠正信息在传输中产生的错
224现代情报2004年10月第10期
October2004No.10
情报纵横
经典拜占庭容错共识机制
经典拜占庭容错共识机制
摘要：
一、拜占庭容错共识机制背景
二、经典拜占庭容错共识机制介绍
1.定义与概念
2.基本原理
3.主要特点
三、经典拜占庭容错共识机制应用
1.区块链技术
2.分布式系统
四、经典拜占庭容错共识机制优缺点分析
1.优点
2.缺点
五、结论
正文：
一、拜占庭容错共识机制背景
随着分布式系统的广泛应用，系统的一致性和可靠性成为关键问题。拜占庭容错共识机制就是在分布式系统中解决一致性问题的经典方法。它起源于拜占庭帝国的军队，用来保证在分布式系统中的节点能够在面临恶意节点攻击时，依然能够达成一致。
二、经典拜占庭容错共识机制介绍 1.定义与概念
经典拜占庭容错共识机制是一种在分布式系统中，面对可能出现拜占庭将军问题的节点，依然能够达成共识的算法。它主要解决的是在分布式系统中，节点之间的信任问题。
2.基本原理
经典拜占庭容错共识机制的基本原理是：节点之间通过互相发送消息，进行投票，当投票数达到一定阈值时，节点之间可以达成共识。同时，为了防止恶意节点的攻击，机制还需要检查投票的合法性。
3.主要特点
经典拜占庭容错共识机制的主要特点是：能够在分布式系统中，面对可能存在恶意节点的环境，依然能够达成一致。但是，它的缺点是计算复杂度较高，通信开销大。
三、经典拜占庭容错共识机制应用
1.区块链技术
经典拜占庭容错共识机制在区块链技术中得到了广泛应用，如比特币、以太坊等，通过该机制保证了区块链网络的一致性和安全性。
2.分布式系统
经典拜占庭容错共识机制在分布式系统中也有广泛应用，如分布式数据库、分布式文件系统等，通过该机制保证了分布式系统在面对恶意节点攻击时，依然能够正常运行。
四、经典拜占庭容错共识机制优缺点分析
1.优点 （1）能够在分布式系统中，面对可能存在恶意节点的环境，依然能够达成一致。
（2）具有一定的容错性，即使节点出现故障，也不会影响整个系统的运行。
分布式容错控制系统设计
第２３卷第５期 ２０１ １年ｌ０月 沈 阳 大 学 学 报 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＳＨＥＮＹＡＮＧ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＶｏＩ．２３．Ｎｏ．５ ｏｃｔ． ２ ０ １ １
文章编号：１００８—９２２５（２０１１）０５—０００５—０３
分布式容错控制系统设计
李 一 ，王 阳
（１．沈阳理工大学现代教育技术中心，辽宁沈阳 １１０１６８； ２．北京东软慧聚信息技术有限公司，辽宁沈阳 １１０１７９）
摘 要：研究了一类分布式容错控制器设计问题，考虑了对一个给定对象设计分布式控制器，以使对象 在执行器失效的情况下仍能渐近稳定并达到一定性能指标．对一个对象多个子控制器的系统来讲，对象和各 个子控制器的状态相互关联并且有多组关联输入输出信号．当其中子控制器发生故障时，用线性矩阵不等式 （ＬＭＩ）方法设计分布式输出反馈控制器，得到较好效果． 关键词：分布式控制；被动容错；ＬＭＩ；执行器失效 中图分类号：ＴＰ １３ 文献标识码：Ａ
随着科学技术的发展，系统的构成越来越复
杂，出现了各种结构的大系统．这些系统由大量空
间分布的关联单元组成，每个单元都有自己的传
感器和执行器输入输出．因此此类大系统有大量
的传感器和执行器输入输出信号，如自动高速公
路系统、飞行器编队系统和流量控制系统等．从可
靠性和可实现性来讲，由于系统维数高，计算量十
分庞大，集中控制已经不能圆满解决这些系统的
控制问题．从系统的性能来讲，分散控制设计也不
能使系统有很好的性能．因此，分布式控制系统得
到了日益广泛的重视和研究，提出许多分布式控 制器的设计方法＿１－４］．但这些研究都是在假定系
统的传感器和执行器正常工作下进行的，而实际
系统中，发生传感器和执行器失效是不可避免的．
如今研究容错控制问题主要集中在集中控制系 统ｌ ０ Ｊ和分散控制系统ｌ ，因此研究分布式控制
系统的容错控制十分必要．本文针对执行器失效
的情况下，分布式鲁棒容错控制问题进行研究．
一种基于负载均衡异构分布式系统的改进容错调度算法
第２７卷第７期 ２０１０年７月 计算机应用研究 Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ Ｖｏ１．２７ Ｎｏ．７ Ｊｕ１．２０１０ 一种基于负载均衡异构分布 式系 改进容错调度算法米 邓建波，张立臣，符利华 （广东工业大学计算机学院，广州５１０００６） 统的
摘要：基于基／副版本技术提出了一种具有容错功能的静态进程调度算法。给出了一个新的设计模型，并在 该模型上提出ＨＤＡＬ算法 此前类似负载均衡容错调度算法都是通过排序来解决故障发生前后的负载均衡调 度问题．．该算法与以往算法不同之处就是在不依赖排序情况下，通过引进控制进程来解决负载均衡调度问题， 并且该算法的负载均衡性在一定程度上具有了可控性、最后通过模拟实验得到以下有意义的结论：在业务繁忙 的异构系统中，ＨＤＡＬ算法比以往算法资源利用率高，负载均衡性更好，并且在调度速度上优势明显。 关键词：异构分布式系统；ＨＤＡＬ算法；负载均衡；容错；时间复杂度 中图分类号： ｒＰ３１１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００１—３６９５（２０１０）０７—２４７９—０４ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｉ．ｉｓｓｎ．１００１—３６９５．２０１０．０７．０２ｌ Ｌｏａｄ ｂａｌａｎｃｉｎｇ ｂａｓｅｄ ｐｒｏｃｅｓｓ ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ ｗｉｔｈ ｆａｕｌｔ—ｔｏｌｅｒａｎｔ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｉｎ ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｓｙｓｔｅｍｓ ＤＥＮＧ Ｊｉａｎ－ｈ０．ＺＨＡＮＧ Ｉ ｉ一（－ｈｅｉ１．ＦＵ Ｌｉ—ｈｕａ （Ｆａｃｕｈ）ｏｙ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ￣ｎｉｖｅｒｓｉｔ｝ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏ¨５ １ ０００６，Ｃｈｉｎａ）
随着各种控制系统复杂性的提高，分ｌ布式控制系统已越来 越多地应用于各种控制领域，系统控制器出现故障的可能性也 相应增加 为了避免这种故障的发生具有容错能力变得尤为 重要。在分布式容错系统中硬件冗余是一种解决问题的常见 方法 ，然而硬件冗余方法需要更高的代价，但某些领域如航 天对系统本身的质量有严格限制，因此软件容错技术得到 发展。 对系统软件容错研究［｝１的备份技术 是一种常见的容错 模型，许多文献中讨论过容错模型技术 。对分布式系统中 具有基／副版本的进程调度问题作ｒ大量研究 。。。文献 ４］ 提出了基于基／副版本技术和ＥＤＦ容错 度算法；义献［５］提 出＿ｒ在分布式实时系统中同时调度具有容错需求与无容错需 求进程的混合调度算法；文献［６］讨论丁异构分布式系统中基 于负载均衡的容错调度算法，并给出ＨＤＡＬＦ和ＨＤＩ ＤＦ两种 不同容错调度算法；文献［７］提出一种在 卡勾环境中的两阶段 算法，但上述算法在容错调度时都选择对待渊度进程排序方法 来解决调度负载均衡问题。 本文主要是对异构分布式系统基于负载均衡的一种改进 算法的讨沦。建立ｒ一种新的容错调度模型，在该模型基础上 提出ＨＤＡＩ 算法，并与文献［６］中提出的ＨＤＬＤＦ算法作比较， 结果表明该算法在时间复杂度上优于ＨＤＬＤＦ算法。最后通 过模拟实验证明ＨＤＡＬ算法的负载均衡性占优，同时当进程达 到一定数量时最少处理机需求略少于ＨＤＬＤＦ算法，这说明 ＨＤＡＬ算法资源利用率更高。最后还通过在不同异构环境下 测试得出ＨＤＡ［ 算法适应不同的异构环境，而ＨＤＬＤＦ算法在 节点性能差异较少的异构系统中，算法资源利用率明显不如 ＨＤＡＬ算法。但是本文所研究，还是在异构分布式系统中被动 进程复制模型的静态容错调度算法，即进程分配的开始阶段一 次性将所有进程全部分配完毕。 １容错调度模型 定义１ 设分布式系统中处理机节点个数为ｎ，该系统中 收稿日期：２００９—１２－２５；修回日期：２０１０—０４—２６ 基金项目：国家自然科学基金重大研究计划资助项目（９０８１８００８）；国家自然科学基金资 助项目（６０７７４０９５，６０４７４０７２ｚ）；广东省自然科学基金资助项目（０７００１７７４，０４００９４６５） 作者简介：邓建波（１９８４一），男，湖南永州人，硕士研究生，主要研究方向为面向方面、分布式实时系统、容错技术（ｄｅｒｌ囟ｉａｎｂｏ－５２０８８＠１６３．ｃｏｎ１）；张立臣 （１９６２．），男，教授，硕导，博士后，主要研究方向为分布式处理、实时系统等；符利华（１９８５一），男，硕士研究生，主要研究方向为面向方面、实时系统． ㈣㈨ ＿蕈。卿一 ＿耋ｍ ∞吼吐．试 咿一一．一一～～．一～～＝曩～一～一一～一～ 一龇ｇ 托吣ｅ 砒ｍａ ｇｎｎ Ｕ ｏａ 眦山㈣圳 川 ～＿毫 ＿亘 ～一～一 ～把 ＿至Ⅻ¨ｎ～一～ｏ ．ｇ＝：Ｈｇ婚＿耋．Ｍ峨．ｍⅢｍ ｍⅢ～～ 一ｐｗ ｎ ｈ 龇；三ｂ…＿兰ｍ ． ～～刊 ．ｍ ㈨一一一一一一一～一
基于MIDAS技术的多层分布式系统的容错处理
第７卷第１期 ２ ０ ０ ７年３月 南通纺织职业技术学院学报（综合版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎａｎｔｏｎｇ Ｔｅｘｔｉｌｅ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＣｏＮｅｇｅ ＶｏＩ．７．Ｎｏ．１ Ｍａｒ．２ＯＯ７
基于ＭＩＤＡＳ技术的多层分布式系统的容错处理
杜 江．张丽英
（南通纺织职业技术学院，南通２２６００７）
摘要：ＭＩＤＡＳ是为开发多层分布式应用系统提供的一个中间透明引擎，而多层分布式系统的一个关 键问题是容错．文章讨论了数据更新错误、单台应用服务器故障、多台应用服务器故障３种情况下的容错
处理机制并给出了相应的实现算法．
关键词：ＭＩＤＡＳ；分布式：容错
中图分类号：ＴＰ３１ １．５２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７１—６１９１（２００７）０１—００１ １—０４
０’引言
目前，随着分布式多层结构的流行，各大数据库制造商和开发平台制造商纷纷推出了相应的软件和
策略．宝兰公司的中介透明引擎ＭＩＤＡＳ（Ｍｕｌｔｉ—ｔｉｅｒ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ Ｓｕｉｔｅｄ的缩写，意为多
层分布式应用服务包）提供了一整套中间应用服务，从用于网络定位的目录服务到数据库集成和业务规
则处理，进而扩展了操作系统标准，比起与之竞争的其它解决方案，能更快、更容易地支持分布应用，并且
可以在带宽紧张的网络上提供更高的性禽宦【ｕ．
１ 基于ＭｌＤＡＳ技术的多层分布式应用系统
基于ＭＩＤＡＳ技术的多层应用结构主要由客户端数据集ＣｌｉｅｎＤａｔａＳｅｔ、连接组件ＲｅｍｏｔｅＳｅｒｖｅｒ、数据集
供应者ＤａｔａＳｅｔＰｒｏｖｉｄｅｒ等数据集组件组成．在这个结构中，作为中间层的远程应用程序服务器是系统的
核心，也是连接客户端与远程数据库的桥梁．它可以是ＣＯＭ／ＤＣＯＭ应用程序服务器、ＭＴＳ中介软件或
ＣＯＲＢＡ应用程序服务器等，实际上，它就是一个ＯＬＥ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｓｅｒｖｅｒ．客户端应用程序通过应用服务
java中的cap定理
java中的cap定理
CAP定理是分布式系统设计中的一个重要原则，它指出在一个分布式系统中，无法同时满足一致性（Consistency）、可用性（Availability）和分区容错性（Partition tolerance）这三个特性。
一致性是指在分布式系统中的所有节点都能够看到相同的数据副本，即使在多个节点同时进行写操作时，系统也能够保持数据的一致性。可用性是指系统能够在任何时候都能够提供服务，即使有部分节点发生故障或网络出现问题，系统也能够继续运行。分区容错性是指系统能够在网络分区的情况下继续运行，即使网络中的某些节点无法通信，系统仍然能够正常工作。
CAP定理的核心观点是，在一个分布式系统中，无法同时满足一致性、可用性和分区容错性这三个特性。这是因为在网络分区的情况下，为了保持一致性，系统需要等待所有节点的响应，这会导致系统的可用性下降。而为了提高可用性，系统可能会放弃一致性，即允许不同节点之间的数据副本存在一定的延迟和不一致性。
在Java中，CAP定理对于分布式系统的设计和实现有着重要的指导意义。Java作为一种广泛应用于分布式系统开发的编程语言，开发者需要在设计分布式系统时考虑到CAP定理的影响。
在实际的Java分布式系统开发中，开发者可以根据具体的需求和场景来选择满足一致性、可用性和分区容错性中的两个特性。例如，在某些对数据一致性要求较高的场景下，可以选择满足一致性和分区容错性，而牺牲一定的可用性。而在某些对系统可用性要求较高的场景下，可以选择满足可用性和分区容错性，而牺牲一定的一致性。
为了实现CAP定理中的两个特性，Java分布式系统开发中常用的技术包括数据复制、数据分片、负载均衡、故障转移等。通过使用这些技术，可以在分布式系统中实现数据的一致性、可用性和分区容错性。
总之，CAP定理是分布式系统设计中的一个重要原则，它指出在一个分布式系统中，无法同时满足一致性、可用性和分区容错性这三个特性。在Java分布式系统开发中，开发者需要根据具体的需求和场景来选择满足两个特性，并通过使用相应的技术来实现这些特性。只有在充分理解和应用CAP定理的基础上，才能设计出高效、可靠的分布式系统。
基于实时分布式计算机系统的容错技术研究
西北大学学报（自然科学版） ２００６年２月，第３６卷第１期，Ｆｅｂ．，２００５，Ｖｏ１．３６，Ｎｏ．１ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ）
基于实时分布式计算机系统的容错技术研究
刘 毅 ，臧红伟。，谢克嘉
（１．西安电子科技大学计算机学院７１００７１；２．西北 业大学计算机科学与 程系，陕西西安７１００７２； ３．中国航空计算技术研究所，陕西西安７１００６８）
摘要：目的 为研制适应第四代飞机高度综合化、模块化、高可靠性的航空电子系统的计算平台。
方法提出了分层客错管理策略。结果 由系统、分系统和模块构成三级容错管理策略；由故障监
控程序负责故障的监控和确认，并将确认的故障交由故障管理程序处理；由故障管理程序根据蓝图 定义完成重构；重构通过逻辑功能到物理资源的不同映射方式实现；给出了这些过程的实例。结论
客错功能的实现必须以保证强实时系统的确定性为前提。
关键词：实时分布式计算机系统；客错；重构；蓝图 中图分类号：ＴＰ３９３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００－２７４Ｘ（２００６）０１－００４１－０５
未来航空电子系统是一个高度综合化、模块化
的系统…。它对作为其基础平台的实时分布式计
算机系统提出了以下的要求：低的成本、结构的开放 性、规模的可伸缩性、技术的独立性、高的可靠性与
可维护性 ｊ。
从可靠性的角度而言，按功能的关键性，区分为
安全关键系统、生存关键系统和任务关键系统，其可
靠性要求分别为：ｌＯ～，ｌＯ 和ｌＯ 个故障／飞行小
时。为满足上述要求，必须采用容错技术‘ｌ ｊ。 ，
综合化的航空电子核心处理机是一个综合数据
处理、信号处理和图像处理的实时分布式计算机系
统。它由６种硬件模块组成，分别是：数据处理机模
块（ＤＰＭ）、信号处理机模块（ＳＰＭ）、图形图像处理 机模块（ＧＰＭ）、网络支持模块（ＮＳＭ）、大容量存储
容错和负载平衡能力在分布式系统中的应用
Ａｐｐｌ ｉｃａｔｉ０ｎ ｏｆ Ｔｏｌｅｒａｎｃｅ Ｅｒｒｏｒ ａｎｄ Ｌｏａｄｉｎｇ＆Ｂａｌａｎｃｉｎｇ Ｃａｐａｂｉ １ ｉ ｔｙ ｉｎ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｓｙｓｔｅｍ
胡局新
Ｈｕ Ｊｕｘｉｎ （徐州工程学院 徐＇Ｊｉ、Ｉ ２２１００８）
（Ｘｕｚｈｏｕ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｕｚｈｏｕ ２２１ ００８）
摘要：本文介绍了容错和负载平衡能力在分布式系统中的重要性，以分布式煤炭生产信息系统为例，详细说明了使
用Ｄｅｌｐｈｉ的ＴＳ ｍｐ１ｅＯｂ＿ｅｃｔＢｒ０ｋｅｒ组件实现系统容错和平衡服务器负载的技术。
关键字：容错：负载平衡：分布式系统：组件
中图分类号：ＴＰ３９１．９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１ ６７１７４７９２一（２Ｏ¨Ｄ６）２—０¨Ｄ６７一Ｏ２
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ ｏｆ ｔｏｌｅｒａｎｃｅ ｅｒｒｏｒ ａｎｄ ｌｏａｄ ｂａｌａｎｃｉｎｇ ｃａｐａｂｉ １ ｉ ｔｙ ｉｎ ｄｉｓｔｒｉｂ－
ｕｔｅｄ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔａｋｉｎｇ ｅｘａｍｐｌｅ ｆｏｒ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｃｏａｌ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ
ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ ｔｏｌｅｒａｎｃｅ ｅｒｒｏｒ ａｎｄ ｂａｌａｎｃｉｎｇ ｓｅｒｖｅｒ ｌｏａｄ ｂｙ ｕｓｊｎｇ Ｄｅｉｐｈｉ’ｓ ＴＳｉｍｐｌｅＯｂｊｅｃｔＢｒｏｋｅｒ
ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ．
ＫｅｖｗｏｒｄＳ：Ｔｏｌｅｒａｎｃｅ Ｅｒｒｏｒ；Ｌｏａｄ Ｂａｌａｎｃｉｎｇ；Ｄｊｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｓｙｓｔｅｍ；Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ
０引言 在分布式计算环境中开发的系统，除了必须能够正确而
且有效率地运作之外，还应该更为强固，不会因为中间层服 务器或数据库服务器的故障而导致整个系统无法继续运行，
实时分布式容错综合导航仿真系统技术研究
第２９卷 第６期 ２００９年１２月 弹箭与制导学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅｓ，Ｒｏｃｋｅｔｓ，Ｍｉｓｓｉｌｅｓ ａｎｄ Ｇｕｉｄａｎｃｅ Ｖｏｌ＿２９ ＮＯ．６ Ｄｅｃ ２００９
实时分布式容错综合导航仿真系统技术研究
张亚崇，陆志东，雷宏杰
（西安飞行自动控制研究所，西安７１００６５） 摘要：介绍了所设计的一个实时分布式综合导航仿真系统，包括系统方案设计准则、系统结构以及系统设计 与实现中的关键技术。研究结果表明，该设计方案较好地满足了实时分布式综合导航仿真系统的研制需求。
关键词：综合导航；实时；分布式仿真系统；数据融合 中图分类号：Ｖ２４９．３２８ 文献标志码：Ａ
Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎ Ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆａｕｌｔ—ｔ０ｌｅｒａｎｔ
Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ
ＺＨＡＮＧ Ｙａｃｈｏｎｇ。ＬＵ Ｚｈｉｄｏｎｇ。ＬＥＩ ＨｏｎｇＪｉｅ （Ｆｌｉｇｈｔ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ．Ｘｉ’ａｎ ７１００６５．Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ， ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｒｅｌａｔｅｄ ｔＯ ｄｅｓｉｇｎ ｗｅｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｐｒｏ￣ｅｃｔ ｃａｎ ｍｅｅｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ；ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ；ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ；ｄａｔａ ｆｕｓｉｏｎ
熔断机制实施方案
熔断机制实施方案
什么是熔断机制
熔断机制（Circuit Breaker）是一种在分布式系统中实现容错和回退的技术。它是为了解决服务之间的调用问题而引入的。当一个服务正常运行时，它可以处理所有请求；但是，当服务出现故障时，它将拒绝所有新的请求，并通过预先设定的时间窗口来控制错误数的上限。这样可以避免出现连锁故障，让整个系统崩溃。
为什么需要熔断机制
随着云计算和微服务的普及，分布式系统变得越来越常见。在分布式系统中，服务之间的调用非常频繁，一时的故障或超时可能会导致一系列连锁反应，从而导致整个系统的瘫痪。这时候就需要一种能够快速、安全地切断故障服务的机制，以避免系统崩溃。
熔断机制的原理
熔断机制的原理非常简单。当一个服务出现故障时，熔断器将拒绝所有新的请求，并在预设的时间窗口内控制错误数的上限。如果在这个时间窗口内累计的错误数达到了上限，熔断器将切断服务之间的调用，并返回一个默认的响应（比如空值、错误消息，或者之前的缓存结果）。同时，熔断器也会不断地检测故障服务是否恢复正常，如果服务恢复正常，熔断器将逐渐恢复对该服务的调用。 如何实施熔断机制
实施熔断机制通常需要以下几个步骤：
1. 设置熔断器
在使用熔断机制之前，需要先设置熔断器。设置熔断器包括设置故障请求比例、错误阈值等参数。这些参数应该根据服务的实际情况设置。
2. 定义故障处理流程
当服务出现故障时，需要定义一套故障处理流程。这包括返回错误信息、触发告警、切换到备份服务等。在定义故障处理流程时，需要考虑不同故障类型的处理方式。
3. 设置容错机制
容错机制是指在服务出现故障时，如何快速切换到备用服务。容错机制需要与熔断机制相结合，确保整个系统的容错性。
4. 监控和调优
熔断机制需要不断地进行监控和调优。要定期检查故障请求比例、错误阈值等参数，并根据这些参数来优化熔断机制。
熔断机制的优点
熔断机制具有以下几个优点： 1. 防止故障扩散
分布式FlexRay线控转向系统可靠性及容错技术研究
《工业控制计算机｝２０１４年第２７卷第１期
分布式ＦｌｅｘＲａｙ线控转向系统可靠性及容错技术研究
Ｒｅｓｅａｃｈ ｏｎ Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ Ｆａｕｌｔ Ｔｏｌｅｒａｎｔ ｏｆ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｓｌｅｅｒ—ｂｙ—ｗ．ｒｅ Ｓｙｓｔｅｍ
陈 悫 张凤登 张晓霞 张大庆（上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海２０００９３）
摘要
文章研究分布式线控转向系统的可靠性问题，并提出一种能够有效提高分布式线控转向系统可靠性的容错技术。首
先运用ＦＭＥＡ与故障树分析两种风险评估方法相结合的方式，对分布式线控转向系统进行新的适用于其本身的可靠性分
析：其次根据对分布式线控转向系统的可靠性分析及系统需求，提出一种基于最小故障静默单元的容错技术，并设计分布
式线控转向系统中的容错单元；最后对所设计的容错冗余单元的可靠度和分布式线控转向系统的可靠度进行数学计算，
计算结果表明针对线控转向系统设计的容错单元能够有效地提高分布式线控转向系统的可靠性。
关键词：线控转向，故障树，可靠性，容错
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｓｔｕｄｉｅｓ ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｓｔｅｅｒ－ｂｙ－ｗｉｒｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｐｒｏｐｏｓｅｓ ａ ｆａｕｌｔ—ｔｏｌｅｒａｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ
ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｓｔｅｅｒ－ｂｙ－ｗｉｒｅ（ＳＢＷ） ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ
ｍｅｔｈｏｄ ｃｏｍｂｉｎｇ ｆａｉｌｕｒｅ ｍｏｄｅｓ＆ｅｆｆｅｃｔｓ ａｎａｌｙｓｉｓ（ＦＭＥＡ）ａｎｄ ｆａｕｌｔ ｔｒｅｅ ａｎａｌｙｓｉｓ（Ｆ１－Ａ）Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ