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服务器聚集系统中高可用性分析与设计方法

作　者: 高文
导　师: 祝明发
学　校: 中国科学院研究生院（计算技术研究所）
专　业: 计算机组织与系统结构
关键词: 服务器聚集机群高可用性负载平衡可扩展性仿真
分类号: TP368.5
类　型: 博士论文
年　份: 2001年
下　载: 261次
引　用: 8次
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内容摘要

机群系统的优点是可扩展性好,但随着机群系统规模的增大,结点数目的增多,机群系统整体的可靠性会相应降低。因此提高机群系统可用性的软件将成为机群操作系统中必不可少的部分。特别是故障恢复手段对大规模系统和长时间运行的应用显得尤为重要。另外,用于支持不同应用管理的服务器聚集系统涉及的用户数目庞大,因此高可用性对服务器聚集系统具有格外的重要意义。可以说,机群的体系结构为机群高可用研究提供了可能性,服务器聚集系统在软件方面提出机群高可用研究的必要性,高可用性技术和机群技术的结合是近年来计算机领域的一个重要研究方向。本文的目的就是研究机群系统的高可用性,具体的方法是首先分析机群系统的特征以及服务器聚集软件应具备的性能,然后在分析高可用系统理论及关键技术的基础上,对双机高可用系统进行研究与改进,为曙光3000超级服务器设计一个实用的机群高可用系统,继而对其可用性进行了评价。首先,利用服务器聚集的技术可以聚合Web、Mail、BBS、NEWS、FTP、数据库、科学计算、文件、打印、磁带和海量存贮等服务器的功能。最适合做服务器聚集的体系结构是机群。采用冗余部件,通过系统备份、监测与恢复实现高可用性是机群操作系统必须具备的性能。我们在给出了高可用系统的概念和当前高可用系统的研究现状的基础上,给出了高可用系统的可用性分析方法和可用度计算公式,分析了提高系统可用性的两种途径和实现高可用系统的五个关键问题及一般的实现策略;其次,我们对双机高可用系统可用性进行分析,并研究了双机高可用系统的实现策略,描述了曙光双机高可用系统的软件、硬件结构、应用状态转换关系以及实现的关键问题。然后,我们设计并实现了一个作为基于机群结构的曙光3000超级服务器软件之一的机群高可用系统。在介绍了曙光3000软件和硬件结构的基础上,给出了一种集中式的机群系统高可用综合实现策略,并就实现中的“心跳”侦测可靠性、负载平衡策略、资源管理、动态配置、灵活的事件处理、状态一致性、单一系统映像、虚拟机群与虚拟服务等关键问题进行了详细的描述。最后,我们对机群高可用系统做出了可用性评价。我们先采用分析法,即运用马氏过程分析机群系统中的高可用性,建立基于生灭过程的机群高可用模型。然后,本文提出了研究机群高可用系统可用度的仿真算法,为评价机群系

全文目录

独创性声明  3
关于论文使用授权的说明  3-4
摘要  4-6
Abstract  6-12
第1章引言  12-24
  1.1 研究背景  12-16
    1.1.1 服务器聚集的定义与适合的体系结构  12-13
    1.1.2 机群系统的重要特征  13-16
  1.2 研究高可用系统的目的  16-19
    1.2.1 容错技术  17-18
    1.2.2 高可用系统  18-19
  1.3 高可用机群服务器的发展现状  19-22
  1.4 本文的工作  22-23
  1.5 小结  23-24
第2章服务器聚集  24-32
  2.1 服务器聚集具备的性能  24-25
    2.1.1 资源管理方面  24
    2.1.2 性能和可扩展性方面  24-25
    2.1.3 可靠性、可用性和可服务性方面  25
  2.2 服务器聚集的设计原则  25-26
  2.3 曙光服务器聚集DSC 实现的关键问题  26-29
    2.3.1 划分  26-27
    2.3.2 单一服务映象  27-29
    2.3.3 虚拟服务器  29
  2.4 小结  29-32
第3章高可用系统的理论基础及实现的关键问题  32-52
  3.1 基本概念和术语  32-34
  3.2 系统可用性分析  34-36
    3.2.1 基本条件  34-35
    3.2.2 分析步骤  35-36
  3.3 系统可用度的表达  36-37
  3.4 提高系统可用性的途径  37-39
    3.4.1 可靠性技术  37-38
    3.4.2 可修复性技术  38-39
  3.5 实现机群高可用系统的关键问题  39-50
    3.5.1 可扩展性  40-42
    3.5.2 负载平衡  42-43
    3.5.3 检查点切取  43-46
    3.5.4 进程迁移  46-48
    3.5.5 支持并发模式的虚拟共享磁盘  48-50
  3.6 小结  50-52
第4章双机高可用系统分析与设计方法  52-66
  4.1 双机高可用系统可用性分析  52-54
  4.2 实现双机高可用系统的方案  54-55
  4.3 双机高可用系统的切换模式  55-56
  4.4 曙光双机高可用系统的结构及实现  56-63
    4.4.1 硬件结构  56-57
    4.4.2 软件结构  57-58
    4.4.3 应用的状态转换  58-60
    4.4.4 实现双机高可用系统的关键问题  60-63
  4.5 双机高可用系统可靠性指标估算  63-65
  4.6 小结  65-66
第5章机群高可用系统的设计与实现  66-92
  5.1 机群高可用系统的设计思路  66-67
  5.2 机群高可用系统的总体设计  67-75
    5.2.1 机群高可用软件结构  68-71
    5.2.2 N-way 的切换模式  71
    5.2.3 主副状态一致性  71-73
    5.2.4 负载平衡策略  73
    5.2.5 “心跳”侦测的可靠性  73-75
  5.3 曙光机群高可用系统的实现  75-90
    5.3.1 基础设施  75-77
    5.3.2 工作模式  77-78
    5.3.3 高可用模式中各模块的设计  78-84
    5.3.4 实现中的几个关键问题  84-90
  5.4 小结  90-92
第6章机群高可用系统的可用性评价  92-104
  6.1 机群系统可用性分析  92-95
    6.1.1 机群系统运行状态的特性分析  92
    6.1.2 生灭过程的数学描述  92-93
    6.1.3 机群高可用系统的可用度公式  93-95
    6.1.4 可用度分析  95
  6.2 机群高可用系统可用度的仿真算法  95-101
    6.2.1 机群系统状态描述  96-97
    6.2.2 各结点间功能关系的定量处理  97-98
    6.2.3 机群系统中各随机变量的概率分布及其抽样  98-99
    6.2.4 可用性仿真逻辑关系的建立  99-100
    6.2.5 仿真运行  100-101
  6.3 小结  101-104
第7章总结  104-114
  7.1 对并行高可用应用的支持的实现  104-107
    7.1.1 多机并行应用的体系结构  104
    7.1.2 多机并行应用的故障处理策略  104-105
    7.1.3 一个并行WWW 应用的实现  105-107
  7.2 与其他系统的比较  107-108
  7.3 本文的贡献  108-111
  7.4 今后的工作  111-114
附录 1  114-116
附录 2  116-124
  曙光机群高可用系统配置格式  116-124
    F1 全局配置文件内容  116-121
    F2 slave 本地配制文件  121
    F3 Adm 配制文件设计  121-124
参考文献  124-132
作者简历及发表论文  132-134
致谢  134

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