Разработка отказоустойчивой операционной системы реального времени для вычислительных систем с макси...
Реферат - Компьютеры, программирование
Другие рефераты по предмету Компьютеры, программирование
?штабируемости, что в узком смысле означает обеспечение ее настраиваемости на поддержку функционирования сетевых ВС различной размерности N (для реальных систем в пределах 3 N 10). Причем правая граница изменения N (Nmax = 10) выбрана из практических соображений построения ВС с высокой степенью связности узлов сети при использовании конкретных процессорных модулей количеством линков (L) не более шести (L6). При L=6 семиузловая сеть является полносвязанной и по мере увеличения N степень связности узлов сети уменьшается.
5. Времени для выполнения всех необходимых действий должно хватать с запасом 20-30% с учетом производительности аппаратной платформы.
С учетом этого факта (достаточности ресурса производительности) диспетчеризация вычислений сводится к поддержке следующих процедур:
- синхронизация вычислений - по циклам выдачи управляющих сигналов (команд), задаваемых таймером ведущего узла (с меньшим номером среди активных узлов);
- полная обработка функциональной задачи в пределах одного цикла;
- использование сторожевого таймера во всех активных узлах сети как средства защиты от зацикливания (зависания) вычислительного процесса;
- разделение цикла работы системы на следующие периоды: ввод данных, решение ФЗ, обмен функциональными данными (ФД), обмен результатами голосования ФД, обмен предварительными выводами о состоянии системы, принятие консолидированного решения (КР) о состоянии системы, реконфигурация системы при обнаружении в рамках КР отказа части системы.
В дальнейшем этот перечень требований к ОСРВ будет продолжен и детализирован.
Рассмотрим общую концепцию работы такой системы. После получения результатов расчета на очередном цикле, система должна получить информацию о своем состоянии, для чего осуществляется обмен результатами с остальными ПЭ системы. При этом следует отметить, что обмен результатами счета со всеми узлами ВС в некоторой мере избыточен, так как для выявления некорректного результата достаточно двух верных (в предположении об ординарности потока отказов). Таким образом, протокол голосования может быть построен так, что результаты счета отдельного ПЭ в ВС троируются, т.е. могут не присутствовать в некоторых узлах системы.
Во время сравнения ПЭ делает вывод о нормальном или неправильном функционировании доступной ей подсистемы и выявляет ее причину. Результатами сравнения ПЭ обменивается со всеми узлами системы, и они принимают консолидированное решение об отказе того или иного элемента или делают заключение о нормальной работе системы.
В случае обнаружения отказа, на выход выдаются результаты, признанные верными при голосовании. Отказавшему элементу предоставляется возможность исправиться в течение следующих трех циклов. При этом сбойному ПЭ передается контекст верно функционирующей задачи. Тройная попытка самоустранить сбой этого узла, должна практически исключать возможность отключения работоспособного ресурса системы. Если сбои в этом элементе повторились, система считает элемент отказавшим, после чего производится подключение к работе резервного ПЭ (если он предусмотрен изначальной топологией сети) с передачей текущего контекста функциональных задач. При отказе связей передача данных производится через транзитные связи. Если элемент утратил все свои связи (линки), то он изолируется на логическом или, если это возможно на физическом уровне (отключение питания).
В настоящее время существуют различные ОСРВ, призванные решать задачи организации вычислений в системах РВ. Однако ни одна из них не удовлетворяет поставленным требованиям в полной мере. Поэтому встает вопрос о необходимости расширения существующих ОСРВ или разработки новой ОС, удовлетворяющей им. Поскольку создание ОС с удобными средствами создания и отладки прикладного программного обеспечения - длительный и трудоемкий процесс, единственным выходом является доработка существующих ОС.
В качестве основного подхода к обеспечению отказоустойчивости предлагается использовать избыточность аппаратных и программных компонент системы. Данный подход предполагает решение следующих вопросов:
- дополнение ОС высокоуровневыми функциями обмена. Используемые в большинстве ОС стандартные средства обмена данными, определенные стандартом POSIX (каналы, сигналы, разделяемая память, семафоры), имеют ограниченные возможности при взаимодействии процессов, не имеющих родственных связей. Организация межпроцессного взаимодействия с помощью механизма сокетов неудобна из-за необходимости привязки к конкретной сетевой информации (IP- адрес узла, номер порта приложения) и своей ориентированностью на модель клиент-сервер.
- введение приоритета для передаваемых сообщений. Важность сообщений, передаваемых по сети, неодинакова. Например, сообщения об отказе какой-либо компоненты системы должны иметь наивысший приоритет для того, чтобы оповестить узлы сети в кратчайшие сроки.
- выбор и реализация механизма голосования. При этом механизм передачи/приема данных и голосования должен быть по возможности скрыт от прикладного программиста.
Такая концепция построения операционной системы предусматривает наличие специальных средств обеспечения быстрого реагирования на отказ и реконфигурации системы. Ими являются модуль маршрутизации, обеспечивающий оптимальные маршруты для передачи функциональной и системной информации как на начальном этапе инициализации системы, так и в процесс