冗余系统服务器切换的因素,带Linux系统的服务器冗余技术研究

摘要：

在诸如核能发电、电力调度、航空航天等高成本高危险行业,对于控制系统可靠度要求极高。对于这类行业,如何提高控制系统的可靠度是一个极其重要的问题。随着集成电路技术的快速发展,硬件的性能越来越高,成本越来越低,这为控制系统冗余技术的发展提供了一个很好的条件。对于一些带有服务器的工业生产过程控制系统,可以采用服务器冗余的形式来提高控制系统的可靠度。本文研究带Linux操作系统的服务器冗余技术。从系统的可靠性出发,分析影响服务器可靠度的相关因素。研究二乘二取二冗余、三模冗余和双机热备冗余三种典型的冗余形式,完成了对这三种经典冗余形式的可靠度表达式的详细数学推导,进一步得到了可靠度与资源消耗比表达式。分析对比了这三种冗余形式控制的可靠度曲线。阐述了实现双机冗余必须要解决的双机同步、故障检测和仲裁切换三项关键技术,分析了冗余系统各个状态间的关系。在冗余系统中主备可靠度均相同的假设下,给出了双机并联、表决和旁联三种模式下系统的可靠度数学表达式,绘制了相应的可靠度曲线。对比分析表明,双机并联冗余比其他两种模式对系统的可靠度提高更多。因此,选取双机并联的模式来进行带Linux操作系统的冗余系统设计。完成了双机并联冗余控制系统总体结构设计,提出了一种基于服务器健康状态的冗余切换策略,并用百分制的健康值表示服务器的健康状态。将设计的双机并联冗余控制系统抽象为RT-LAB平台下的模型,进行系统仿真研究。用来至A/D转换卡的模拟信号模拟服务器进程的健康值,测试系统能否按照设定的切换策略完成冗余切换。以系统总体结构设计为基础,完成了如下设计工作:如何获取服务器健康状态值、如何对冗余进程进行管理、主服务器和备服务器之间如何进行通信、主服务器和备服务器状态切换等。

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