關(guān)于計(jì)算機(jī)服務(wù)器系統(tǒng)的容錯(cuò)技術(shù)

席曉宇

摘 要 隨著時(shí)代的發(fā)展，信息技術(shù)的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)已經(jīng)逐漸的成為了各行各業(yè)中不可取代的一部分，我國(guó)對(duì)于計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用也十分的廣泛。其中，計(jì)算機(jī)服務(wù)器系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)中十分重要的一個(gè)技術(shù)，能夠?yàn)閲?guó)防、醫(yī)療以及金融等各個(gè)行業(yè)為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供不間斷的服務(wù)，如果它出現(xiàn)問(wèn)題那么會(huì)造成十分嚴(yán)重的損失，因此應(yīng)該對(duì)于計(jì)算機(jī)服務(wù)器系統(tǒng)的容錯(cuò)技術(shù)進(jìn)行足夠的重視并且對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的發(fā)展。本文主要對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。

關(guān)鍵詞 計(jì)算機(jī) 服務(wù)器系統(tǒng) 容錯(cuò)技術(shù)

中圖分類號(hào)：TP302.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1容錯(cuò)必要性

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及，通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行信息的傳輸并提供服務(wù)逐漸應(yīng)用的越來(lái)越廣泛，但是計(jì)算機(jī)的軟硬件都有可能會(huì)發(fā)生故障，這些故障如果沒(méi)有及時(shí)的進(jìn)行解決很容易造成巨大的損失，甚至?xí)斐烧麄€(gè)服務(wù)的終止網(wǎng)絡(luò)也會(huì)因此而癱瘓，因此產(chǎn)生難以估量的損失。因此，系統(tǒng)的容錯(cuò)性以及不間斷的性質(zhì)顯得尤為重要，為了能夠更好地保證系統(tǒng)安全、可靠地運(yùn)行，必須要采取一定的措施來(lái)保證計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能夠在出現(xiàn)故障的時(shí)候已然可以正常的使用。經(jīng)過(guò)人們地長(zhǎng)時(shí)間的研究，總結(jié)出來(lái)了兩種方法，一種叫做避錯(cuò)，就是使用正確的設(shè)計(jì)并且進(jìn)行相應(yīng)的質(zhì)量控制盡可能的避免系統(tǒng)產(chǎn)生錯(cuò)誤，防止將錯(cuò)誤引進(jìn)系統(tǒng)之中，但是在實(shí)際的運(yùn)行中難免會(huì)產(chǎn)生一些意料之外的事情，因此這種方法在實(shí)施起來(lái)有著很大的難度。另外一種就是容錯(cuò)，在系統(tǒng)中出現(xiàn)了某些硬件或者軟件的錯(cuò)誤的時(shí)候，系統(tǒng)能夠執(zhí)行規(guī)定的一組程序，或者說(shuō)這種程序不會(huì)因?yàn)橄到y(tǒng)的故障而被中斷或者在中途被修改，且其執(zhí)行的結(jié)果也不包含系統(tǒng)中的故障引起的差錯(cuò)。

隨著科技的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)的逐漸普及，設(shè)備的安全性以及可靠性逐漸的引起了越來(lái)越多的人的重視，因此計(jì)算機(jī)服務(wù)器系統(tǒng)的容錯(cuò)技術(shù)十分重要。當(dāng)系統(tǒng)的內(nèi)部出現(xiàn)故障的時(shí)候，通過(guò)容錯(cuò)技術(shù)能夠消除故障產(chǎn)生的影響并且使系統(tǒng)最終仍然能夠給出正確的結(jié)果。按照時(shí)間進(jìn)行故障的劃分，故障可以分為以下幾種類型：永久性的故障、間歇性的故障以及偶然性的故障。隨著計(jì)算機(jī)的硬件技術(shù)的不斷發(fā)展，容錯(cuò)計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)開(kāi)銷逐漸的降低，同時(shí)糾錯(cuò)的速度變得越來(lái)越快。而軟件方面的容錯(cuò)，對(duì)于硬件不會(huì)提出過(guò)高的要求。

2容錯(cuò)技術(shù)概述

容錯(cuò)指的是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)或者多個(gè)關(guān)鍵的部件發(fā)生故障或者將要發(fā)生故障的時(shí)候，仍然能夠保持正常的工作而不影響其正確結(jié)果的一種性能或者是措施。容錯(cuò)往往是使用榮譽(yù)的方法來(lái)對(duì)故障及西寧消除的，因此冗余技術(shù)是計(jì)算機(jī)的容錯(cuò)技術(shù)的基礎(chǔ)，一般情況下冗余技術(shù)可以分為以下的幾種類型。

2.1硬件冗余

這種冗余技術(shù)指的是通過(guò)增加一定的硬件設(shè)備的方式來(lái)檢測(cè)或者屏蔽一些故障。硬件冗余中可以將其再細(xì)化分為部分冗余和完全冗余兩種主要的方式，對(duì)于完全冗余的方式來(lái)看，可以按照工作方式的不同而將其劃分為熱備、冷備、溫備以及雙工等四種工作方式。

在機(jī)器處于熱備工作方式時(shí)，兩個(gè)互為冗余的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都是處于加電的工作狀態(tài)的，但是熱備的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)于系統(tǒng)的處理結(jié)果不會(huì)輸出。在主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)生故障的時(shí)候，熱備計(jì)算機(jī)系統(tǒng)直接的接手主系統(tǒng)開(kāi)始進(jìn)行工作，在系統(tǒng)的故障修復(fù)完畢以后，熱備的機(jī)器又再次的處于備用的狀態(tài)。

與此相對(duì)的，冷備工作方式和熱備工作方式存在一定的差異，冷備工作方式的備用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)沒(méi)有進(jìn)行加電，當(dāng)主機(jī)發(fā)生故障的時(shí)候冷備機(jī)器才會(huì)進(jìn)行接手，在故障完成以后冷備機(jī)器又會(huì)重新的變成備用機(jī)器。

而溫備的機(jī)器的工作方式則是冗余的兩個(gè)系統(tǒng)都是處于加電的狀態(tài)的，其中一個(gè)正在工作，另外一個(gè)處于等待的狀態(tài)。如果工作的機(jī)器發(fā)生了故障，那么另外一個(gè)機(jī)器就能夠直接進(jìn)行接手工作，并且在故障結(jié)束以后主機(jī)繼續(xù)工作，備用的機(jī)器繼續(xù)變?yōu)閭溆脿顟B(tài)。

雙工的工作方式，指的就是在這個(gè)方式中兩個(gè)機(jī)器處于同時(shí)工作的狀態(tài)，并且將處理結(jié)果進(jìn)行輸出，在發(fā)生了故障以后，對(duì)兩個(gè)機(jī)器的結(jié)果進(jìn)行比較之后再進(jìn)行輸出，這樣能夠盡可能的降低故障造成的損傷。

2.2軟件冗余

軟件冗余指的是為了能夠檢測(cè)或者屏蔽軟件中的一些差錯(cuò)，增加一些在正常運(yùn)行的時(shí)候不需要的軟件方法。和硬件系統(tǒng)的故障研究相比較而言，對(duì)于軟件的錯(cuò)誤進(jìn)行糾正顯得更加的困難，目前為止還沒(méi)有一個(gè)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較成熟的、完整的方法來(lái)檢測(cè)系統(tǒng)中軟件的可靠性、安全性。目前來(lái)看，比較普遍使用的對(duì)于軟件故障的處理方式有兩種，一種是前向回復(fù)，一種是后向恢復(fù)。

其中，前向恢復(fù)主要指的是將計(jì)算機(jī)的當(dāng)前計(jì)算狀態(tài)繼續(xù)的進(jìn)行下去，然后將之后的狀態(tài)能夠正確的和當(dāng)前的狀態(tài)連接起來(lái)使其具有連貫性。目前來(lái)看使用的前向恢復(fù)狀態(tài)的方法主要是N-versionProgramming方法，這種方法的基本思路是由不同的團(tuán)隊(duì)開(kāi)始進(jìn)行獨(dú)立化的設(shè)計(jì)，然后通過(guò)使用不同的方法以及不同的設(shè)計(jì)語(yǔ)言，在不同的開(kāi)發(fā)環(huán)境下使用不同的目的來(lái)展示同一個(gè)結(jié)果，這樣就能夠減少在各個(gè)版本的軟件上出現(xiàn)相關(guān)的錯(cuò)誤的可能性。

而后向錯(cuò)誤指的就是在計(jì)算機(jī)的軟件出現(xiàn)故障以后，將計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)狀態(tài)恢復(fù)到之前的某一個(gè)正確的狀態(tài)上。目前來(lái)看比較普遍的一種后向恢復(fù)方式主要有恢復(fù)塊方法以及防衛(wèi)式程序設(shè)計(jì)兩種方式。其中恢復(fù)塊方法就是在同一個(gè)功能下，有主塊和多個(gè)后備塊，當(dāng)主塊運(yùn)行的時(shí)候如果沒(méi)有通過(guò)最后的驗(yàn)收測(cè)試，那么就指令第一個(gè)后備塊開(kāi)始進(jìn)行工作，使其吃呢個(gè)為主塊然后以此為順序直到所有的后備塊都被耗盡。在這樣的方式下，設(shè)計(jì)出來(lái)的主塊以及后備塊應(yīng)該盡可能的保持相對(duì)的獨(dú)立性，這樣就不會(huì)因?yàn)橹鲏K出現(xiàn)了錯(cuò)誤而導(dǎo)致后備塊的運(yùn)行受到影響。

2.3信息冗余

所謂信息冗余指的就是除了實(shí)現(xiàn)正常的功能所需要的信息之外，額外的增加一些信息來(lái)保證程序能夠正常的運(yùn)行并且得到正確的結(jié)果。這些冗余的信息往往被加入到原始的數(shù)據(jù)中，加入的信息通常情況下包括檢錯(cuò)以及糾錯(cuò)這兩種編碼。我們使用加入的檢測(cè)編碼來(lái)自動(dòng)的檢測(cè)軟件中具有的錯(cuò)誤，同時(shí)使用糾錯(cuò)的編碼來(lái)對(duì)錯(cuò)誤進(jìn)行糾正。

2.4時(shí)間冗余

時(shí)間冗余就是通過(guò)額外的增加一定的時(shí)間來(lái)完成系統(tǒng)的某些功能，這些附加的時(shí)間主要能夠用來(lái)進(jìn)行故障的檢測(cè)、或者故障的屏蔽上面。

目前來(lái)看，比較流行的時(shí)間榮譽(yù)方式有兩種，一種是RSHW，這種冗余方式主要是對(duì)一組數(shù)據(jù)執(zhí)行同一種指令，然后通過(guò)在相同的硬件上在不同的時(shí)間片對(duì)這些指令進(jìn)行執(zhí)行。另一種時(shí)間冗余方式則是使用數(shù)據(jù)延遲設(shè)備將其與表決電路結(jié)合到一起，將一次數(shù)據(jù)處理的輸出結(jié)果進(jìn)行不同的延遲大小的設(shè)置，使其能夠復(fù)制成多個(gè)版本并且在表決器中進(jìn)行比較。

2.5簡(jiǎn)單的雙機(jī)備份

這種方式主要在20世紀(jì)30年代的時(shí)候得到了廣泛的應(yīng)用，通過(guò)使用雙處理機(jī)或者雙機(jī)的方式來(lái)進(jìn)行容錯(cuò)。根據(jù)系統(tǒng)的工作情況的不同，又可以將之微熱備份和冷備份這兩種情況。

其中，雙機(jī)熱備份技術(shù)是一種將軟硬件很好地結(jié)合起來(lái)的一種方案，這種方案主要包括兩臺(tái)服務(wù)器以及一個(gè)恭喜那個(gè)的磁盤陣列柜，還有相應(yīng)的程序。在這種技術(shù)中，有著專業(yè)的人員對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，并且這些數(shù)據(jù)是存放在這些磁盤陣列柜中，這樣能夠使得數(shù)據(jù)十分安全。在工作的時(shí)候，數(shù)據(jù)通過(guò)中央儲(chǔ)存器進(jìn)行讀取以及存儲(chǔ)，這樣在實(shí)際的工作過(guò)程中及時(shí)主服務(wù)器出現(xiàn)了一定的問(wèn)題，也能夠有另外一臺(tái)服務(wù)器理科的啟動(dòng)并且同時(shí)接替該主服務(wù)器的工作，從而保證了系統(tǒng)能夠安全的運(yùn)行。為了保證這個(gè)系統(tǒng)能夠正常的運(yùn)行工作，這個(gè)系統(tǒng)中運(yùn)用了兩臺(tái)服務(wù)器，兩臺(tái)服務(wù)器之間互相的發(fā)送通訊信號(hào)從而保證聯(lián)系，服務(wù)器在之前會(huì)約定好一定的時(shí)間間隔進(jìn)行信號(hào)的發(fā)送，如果某一臺(tái)服務(wù)器沒(méi)有及時(shí)的發(fā)送信息，那么另外一臺(tái)服務(wù)器就可以判斷出這臺(tái)服務(wù)器存在問(wèn)題，系統(tǒng)的相應(yīng)管理軟件就會(huì)迅速的啟動(dòng)備用的系統(tǒng)，這樣能夠維持系統(tǒng)不間斷的正常的進(jìn)行工作。

而雙機(jī)熱備份方案中還可以進(jìn)一步的區(qū)分出這樣的三種模式：雙機(jī)熱備模式、雙機(jī)互備模式、雙機(jī)雙工模式。

（1）雙機(jī)熱備模式，在這樣的模式中存在著主服務(wù)器以及備用的服務(wù)器，這兩臺(tái)服務(wù)器能夠同時(shí)的對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行寫入，這樣就保證了數(shù)據(jù)的同步。而當(dāng)主服務(wù)器發(fā)生故障的時(shí)候，備用的服務(wù)器就能夠及時(shí)的被激活，從而保證了服務(wù)器始終運(yùn)行嗎，確保了系統(tǒng)的安全。

（2）雙機(jī)互備模式。這種模式下，系統(tǒng)中存在兩臺(tái)服務(wù)器并且這兩臺(tái)服務(wù)器能夠同時(shí)的運(yùn)行兩個(gè)獨(dú)立的應(yīng)用，在運(yùn)行的時(shí)候無(wú)論哪一臺(tái)的服務(wù)器發(fā)生故障，另外一臺(tái)服務(wù)器都能夠接管這一臺(tái)服務(wù)器的內(nèi)容并且繼續(xù)工作下去，這樣就保證了的服務(wù)能夠連續(xù)的運(yùn)行，因此有著很高的安全性，并且這種模式下對(duì)于服務(wù)器有著較高的配置要求。

（3）雙機(jī)雙工模式。在這種模式下，即有兩臺(tái)服務(wù)器，這兩臺(tái)服務(wù)器能夠同時(shí)的工作，并且運(yùn)行的程序是一樣的，這樣能夠保證負(fù)載較為均衡。

2.6操作系統(tǒng)支持的雙機(jī)備份

這種冗余方式進(jìn)行容錯(cuò)主要是在20世紀(jì)70年代的中期出現(xiàn)的，是一種軟件和硬件結(jié)構(gòu)的容錯(cuò)方式，這種容錯(cuò)方法是在操作系統(tǒng)的層次上的，支持聯(lián)機(jī)的維修，也就是說(shuō)故障部分在退出以后能夠及時(shí)的進(jìn)行維修并且在維修之后重新的投入到運(yùn)行中，這個(gè)過(guò)程中對(duì)于正常的正在運(yùn)行的程序不會(huì)產(chǎn)生影響。系統(tǒng)的容錯(cuò)是在操作系統(tǒng)下進(jìn)行控制的，每一個(gè)處理機(jī)上面都保持了所有的系統(tǒng)資源的狀態(tài)的表格，以及本機(jī)和其他機(jī)所具有的相關(guān)工作的工作進(jìn)程。

2.7單機(jī)容錯(cuò)

所謂單機(jī)容錯(cuò)指的就是在系統(tǒng)中只使用一臺(tái)服務(wù)器來(lái)進(jìn)行一種高性能的容錯(cuò)。這種方式和其他的容錯(cuò)技術(shù)相比較而言所具有的最大優(yōu)勢(shì)就是能夠把發(fā)貨所能故障的模塊自動(dòng)的分離出去，并且把故障的模塊和備用的模塊記性調(diào)換，在故障的部分被排除以后，使用相應(yīng)的容錯(cuò)技術(shù)能夠保證系統(tǒng)繼續(xù)的運(yùn)行下去。為了實(shí)現(xiàn)真正的容錯(cuò)，單機(jī)的容錯(cuò)服務(wù)器能夠通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)部的所有冗余的部件進(jìn)行同步的運(yùn)行。并且由于單機(jī)的容錯(cuò)方式實(shí)際上只需要使用一臺(tái)服務(wù)器，而雙機(jī)的容錯(cuò)模式則需要使用兩臺(tái)服務(wù)器，因此單機(jī)的容錯(cuò)方式相對(duì)表而言投入更少一些。目前市場(chǎng)上使用的單機(jī)容錯(cuò)產(chǎn)品除了有著較好的兼容性之外，還能夠支持主板等關(guān)鍵性的硬件的熱插拔，用起來(lái)十分的方便。

3結(jié)論

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)逐漸的成為了人們的工作學(xué)習(xí)生活中不可或缺的一部分，人們對(duì)于計(jì)算機(jī)的依賴程度的增加，計(jì)算機(jī)服務(wù)器的故障性問(wèn)題也逐漸的引起了越來(lái)越多的人的重視，其直接的影響到計(jì)算機(jī)的性能，并且如果沒(méi)有設(shè)置相應(yīng)的容錯(cuò)方案很有可能產(chǎn)生巨大的財(cái)產(chǎn)損失。因此，本文主要在介紹了計(jì)算機(jī)容錯(cuò)的必要性的基礎(chǔ)上，對(duì)于現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)服務(wù)器系統(tǒng)的容錯(cuò)技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，希望能夠起到一定的參考價(jià)值，促進(jìn)未來(lái)計(jì)算機(jī)服務(wù)器系統(tǒng)的容錯(cuò)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 史飛.關(guān)于計(jì)算機(jī)服務(wù)器系統(tǒng)的容錯(cuò)技術(shù)[J].中小企業(yè)管理與科技（下旬刊），2016，（06）：171-172.

[2] 吳輝明.關(guān)于計(jì)算機(jī)服務(wù)器系統(tǒng)的容錯(cuò)技術(shù)[J].電子測(cè)試，2015，（12）：60-61.

[3] 吳玥.淺析計(jì)算機(jī)服務(wù)器系統(tǒng)的容錯(cuò)技術(shù)[J].無(wú)線互聯(lián)科技，2014，（11）：67-68.

[4] 許敏.分布式文件系統(tǒng)容錯(cuò)機(jī)制的研究與實(shí)現(xiàn)[D].電子科技大學(xué)，2012.

[5] 楚國(guó)鋒.基于LoadRunner的高端容錯(cuò)機(jī)性能評(píng)測(cè)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2010.

[6] 陳匯遠(yuǎn).計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)安全技術(shù)的研究及其應(yīng)用[D].鐵道部科學(xué)研究院，2004.

[7] 邵艷明.集群視頻服務(wù)器容錯(cuò)與流共享策略研究[D].華中科技大學(xué)，2004.

[8] 谷國(guó)棟.容錯(cuò)冗余技術(shù)研究及其在水利樞紐工程計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[D].河海大學(xué)，2001.

[9] 莊蓉茹.集群系統(tǒng)下的通信系統(tǒng)開(kāi)發(fā)[D].昆明理工大學(xué)，2001.