冗餘:
定義:指重複配置系統的一些部件,當系統發生故障時,冗餘配置的部件介入並承擔故障部件的工作,由此減少系統的故障時間。通常指通過多重備份來增加系統的可靠性。
常見冗餘系統配件有:
1、電源:高階伺服器產品中普通採用雙電源系統,這兩個電源是負載均衡的,即在系統工作時它們都為系統提供電力,當乙個電源出現故障時,另乙個電源就承擔所有的負載。有些伺服器系統實現了dc的冗餘,另一些伺服器產品如 micron公司的netframe 9000實現了ac、dc的全冗餘。
2、儲存子系統:儲存子系統是整個伺服器系統中最容易發生故障的地方。以下幾種方法可以實現該系統的冗餘。
3、磁碟映象:將相同的資料分別寫入兩個磁碟中。
4、磁碟雙聯:為映象磁碟增加了乙個i/o控制器,就形成了磁碟雙聯,使匯流排爭用情況得到改善。
6、i/o卡:對伺服器來說,主要指網絡卡和硬碟控制卡的冗餘。網絡卡冗餘是在伺服器中插上雙網絡卡。冗餘網絡卡技術原為大型機及中型機上的技術,現在也逐漸被pc伺服器所擁有。pc伺服器如 micron公司的netframe9200最多實現4個網絡卡的冗餘,這4個網絡卡各承擔25%的網路流量。康柏公司的所有 prosignia/proliant伺服器都具有容錯冗餘雙網絡卡。
7、pci匯流排:代表micron公司最高技術水平的產品netframe 9200採用三重對等pci技術,優化pci匯流排的頻寬,提公升硬碟、網絡卡等高速裝置的資料傳輸速度。
8、cpu:系統中主處理器並不會經常出現故障,但對稱多處理器(smp)能讓多個cpu分擔工作以提供某種程度的容錯。
容錯:定義:容錯是用冗餘的資源使計算機具有容忍故障的能力,即在產生故障的情況下,仍有能力將指定的演算法繼續完成。
容錯的基本思想首先來自於硬體容錯,1950-2023年,硬體容錯在理論和應用上都有重大的發展,目前已成為一種成熟的技術並應用到實際系統中,如雙cpu,雙電源等,軍事上出現了容錯計算機;軟體容錯的基本思想是從硬體容錯中引伸過來的,70年代中期開始認識到軟體容錯的潛在作用;資料容錯的策略即資料備份;網路容錯將硬體容錯和軟體容錯兩方面的技術融合在一起並有新的發展。
容錯技術是指在一定程度上容忍故障的技術,也稱為故障掩蓋技術(fault masking)。採用容錯技術的系統稱容錯系統。
容錯系統:
容錯系統工作過程包括自動偵測、自動切換、自動恢復。
(1)自動偵測(auto-detect)
1、執行中自動地通過專用的冗餘偵測線路和軟體判斷系統運**況,檢測冗餘系統各冗餘單元是否存在故障(包括硬體單元或軟體單元),發現可能的錯誤和故障,進行判斷與分析。確認主機出錯後,啟動後備系統。
2、偵測程式需要檢查主機硬體(處理器與外設部件)、主機網路、作業系統、資料庫、重要應用程式、外部儲存子系統(如磁碟陣列)等。
3、為了保證偵測的正確性,防止錯誤判斷,系統可以設定安全偵測時間、偵測時間間隔、偵測次數等安全係數,通過冗餘通訊連線,收集並記錄這些資料,作出分析處理。
4、資料可信是切換的基礎。
(2)自動切換(auto-switch)
1、當確認某一主機出錯時,正常主機除了保證自身原來的任務繼續執行外,將根據各種不同的容錯後備模式,接管預先
2、定的後備作業程式,進行後續程式及服務。
系統的接管工作包括檔案系統、資料庫、系統環境(作業系統平台)、網路位址和應用程式等。
3、如果不能確定系統出錯,容錯監控中心通過與管理者互動,進行有效的處理,決定切換基礎、條件、時延、斷點。
(3)自動恢復(auto-recovery)
1、故障主機被替換後,進行故障隔離,離線進行故障修復。修復後通過冗餘通訊線與正常主機連線,繼而將原來的工作程式和磁碟上的資料自動切換回修復完成的主機上。這個自動完成的恢復過程使用者可以預先設定,也可以設定為半自動或不恢復。
2、例如網路容錯。**線作為資料專線的備份,伺服器採用雙機磁碟映象、雙網絡卡方式實現雙網路備份。應用具有容錯功能的網路裝置,如3com的交換機,cisco的路由器,motorla的調
3、制解調器等都具有容錯功能。
容錯主要依靠冗餘設計來實現,它以增加資源的辦法換取可靠性。
冗餘技術:
由於資源的不同,冗餘技術分為硬體冗餘、軟體冗餘、時間冗餘和資訊冗餘。
1、硬體冗餘
是通過硬體的重複使用來獲得容錯能力。
2、軟體冗餘
的基本思想是用多個不同軟體執行同一功能,利用軟體設計差異來實現容錯。
3、資訊冗餘
是利用在資料中外加的一部分資訊位來檢測或糾正資訊在運算或傳輸中的錯誤而達到容錯。在通訊和計算機系統中,常用的可靠性編碼包括:奇偶校驗碼、迴圈冗餘碼crc、漢明碼等。
4、時間冗餘是通過消耗時間資源來實現容錯,其基本思想是重複運算以檢測故障。按照重複運算是在指令級還是程式級分為指令復執程式復算。指令復執當指令執行的結果送到目的位址中,如果這時有錯誤恢復請求訊號,則重新執行該指令。程式復算常用程式滾回技術。例如將機器執行的某一時刻稱作檢查點,此時檢查系統執行的狀態是否正確,不論正確與否,都將這一狀態儲存起來,一旦發現執行故障,就返回到最近一次正確的檢查點重新執行。
冗餘設計可以是元器件級的冗餘設計,也可以是部件級的、分系統級的、或系統級的冗餘設計。冗餘要消耗資源,應當在可靠性與資源消耗之間進行權衡和折衷。
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