浅谈当今容错技术的发展

容错控制在当代的发展参考文献

浅谈当今容错技术的发展

哈尔滨工业大学

计算机科学与技术学院

杨孝宗

HIT-MCRC

容错控制在当代的发展参考文献

主要内容

容错计算的新趋势

高性能容错计算机

移动计算环境下的容错计算

可信计算

容错控制在当代的发展参考文献

容错计算的新趋势

容错计算已经在很多领域取得一定的成绩 芯片级、部件级、微小型计算机容错理论日渐成熟 微型机、航天、航空、舰船等专用微型容错机普遍应用

新的计算模式的发展,为容错提出了新的挑战

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容错计算的新趋势 容错计算的外延在拓展 容错体系结构的研究向更多领域扩展高性能计算机系统容错芯片级容错部件级容错微小型计算机容错银行电信能源民航

容错体系结构移动终端、嵌入式系统容错

容灾系统网络系统容错

航天

航空

军用

无线网络

有线网络

容错计算的内涵在深入移动计算、普适计算环境下的应用

容错计算

可信计算

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容错计算发展的新领域 新的领域、新的任务 高性能容错计算机 中国经济发展带动高性能计算机的发展 设计高性能容错计算机的体系结构

移动计算环境、普适计算环境下的容错计算 移动计算下冗余设计的约束给移动计算环境下的容错设计提出新的挑战

可信计算理论的提出 容错技术不能满足新的计算模式的要求 要求计算机系统提供可信赖的计算服务，这种可信赖性是可以验证的。

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HIT-MCRC

主要内容

容错计算的新趋势

高性能容错计算机

移动计算环境下的容错计算

可信计算

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高性能容错计算机

可以预测有强劲的发展动力

中国经济发展带动高性能计算机的发展

经费支持

提供高性能容错计算机的体系结构

需求：

金融、电信、能源、民航等

国外厂商垄断

需要自主知识产权的高性能容错计算机

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需求迫切

银行

储蓄业务系统

汇兑结算系统

银联信用卡交易结算系统

证券的交易系统和证券报价系统

电信领域的网管系统

电力调度系统

民航领域的空管系统和机场出港系统

这些系统的核心服务器运转一旦出现停顿，会对社会生活造成严重的损害，往往会产生巨大的经济损失，甚至直接威胁到社会的安定和经济的正常运行。

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需求迫切

国内近期的几个主要案例如下：

2006年4月20日上午10时56分，中国银联系统通信网络和系统主机出现故障，造成辖内跨行交易全部中断8个多小时；

2005年6月7日银联系统POS机系统主机故障造成POS交易停顿2个小时，由于上述系统故障，市民无法刷卡消费，银行间无法进行跨行结帐，造成较大的直接和间接经济损失，严重影响了居民的正常生活。

2006年10月10日，由于中国民航信息网络有限公司(简称“中航信”）离港系统的主机出现技术故障，导致包括北京首都国际机场等多个机场离港系统瘫痪，严重影响了北京、上海、广州等多个大型机场的航班进出港，造成大量旅客滞留，造成了巨额的经济损失，严重影响了交通运输秩序。

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需求迫切 国内金融、电信、能源、国防、政府等领域，由于需要高性能高可靠的服务器系统，又由于国内没有合适的替代产品，所以在过去一直采用进口的高端服务器。根据CCID 2006年服务器市场调研报告数据显示，中国2006年的高端服务器市场的市场规模达到96亿元人民币，销售量达到22300台，销售额增长率达到10.4%。120 100 80 60 40 20 0 2004年销售量(千台) 2005年 2006年销售额(亿元人民币) 17.8 20.2 22.3 85.6 90.0 96.0

图1. 2006年高端服务器销量与销售额。

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需求迫切 高端服务器主要应用于金融、电信、能源、政府等关系到国计民生和国家战略安全的重要领域。高端服务器市场客户对系统高可用性有普遍明确的需求。8 6 4 4.4% 2 0制造政府教育金融电信交通能源流通科研邮政其它 2006年高端服务器销量(千台)增长率(%) 9.6% 10.2% 6.3% 14.3% 9.2% 12.6% 2.6% 11.5% 30% 25% 20% 15% 8.2% 4.8% 10% 5% 0%

图：高端服务器销量行业分布

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需求迫切 市场被国外厂商高度垄断。2006年国内高性能服务器总销售额约96亿元，基本被IBM、HP、SGI、SUN等国外高性能服务器厂商垄断，其市场占有率达到 95.6%;40 30 20 10 0 SUN IBM HP销售额(亿元) Fujitsu SGI增长率(%) Others 23.50 8.0% 2.1% 7.54 3.32 2.04 34.00 25.60 10.8% 4.7% 3.7% 2.0% 20% 10% 0% -10% -20%

10 8 6 4 2 0

8.68 6.3%

10.4% 6.42

24.4% 7.0% 4.12 5.5% 1.61 0.85 SGI增长率(%) 0.62 Others 4.4%

40% 20% 0% -20% -40%

SUN

IBM

HP销量(千台)

Fujitsu

图3:国内高端服务器市场销售额市场占有率。

图4:国内高端服务器市场销量市场占有率。

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高性能容错计算机：HP的NON-STOP系统“Shared Nothing” Design Message based To and from all entities 2-4096 CPUs Transparent AccessLockstep CPUs

Memory

Lockstep CPUs

Memory

ServerNet Transfer Engine

ServerNet Transfer Engine

 Single system image expansion Peer-to-peer board Synchronized Managed System-wide Load Balancing ServerNet®

ServerNet X

ServerNet Y

ServerNet expansion board

SCSI SCSI SCSI

SCSI SCSI

SCSI

P M

P M

 Process Pairs for key components Immediate Failover Context preserved No Outages

Communications or external I/O Communications or external I/O

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HP NonStop系列

包括两个子系列，即旧有专用的基于MIPS处理器的S系列和新扩展的基于安腾处理器的Integrity系列。

多级冗余容错结构

松耦合ServerNet网络互连

系统运用了CPU锁步和自检测技术

数据和通路纠错技术

支持容错的可扩展系统互联技术

基于系统软件的故障恢复技术

负载的自动分布和故障恢复技术、

满足快速切换要求的进程对技术等容错技术。

每个服务器节点最多可支持16颗处理器，系统可用度可达99.999%，还可通过松耦合方式扩展至4080颗处理器。

可支持NonStop专用操作系统、HP OpenVMS、Microsoft Windows、Linux等操作系统。

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高性能容错计算机：

STRATUS/NEC

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Stratus ftServer系列

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