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1、HIT-MCRCHIT-MCRC浅谈当今容错技术的发展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主要内容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计算的新趋势容错计算的新趋势?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新的计算模式的发展,为容错提出了新的挑 战为容错提出了新
2、的挑 战容错计算的新趋势容错计算的新趋势? 容错计算的外延在拓展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容错体系结构的研究向更多领域扩展芯片级容错芯片级容错部件级容错部件级容错微小型计算机容错微小型计算机容错高性能计算机 系统容错高性能计算机 系统容错容灾 系统容灾 系统? 容错计算的内涵在深入容错 体系 结构容错 体系 结构可信 计算可信 计算移动终端、嵌入式 系统容错移动终端、嵌入式 系统容错容错 计算容错 计算航天航空军用移动计算、普适计算 环境下的应用银行电信能源民航网络系统 容错网络系统 容错有 线 网 络有 线 网 络无 线 网 络无 线 网 络容错计算发展的新领域容
3、错计算发展的新领域?新的领域、新的任务新的领域、新的任务 ? 高性能容错计算机高性能容错计算机 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
4、是可以 验证的。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。HIT-MCRC主要内容主要内容容错计算的新趋势高性能容错计算机高性能容错计算机移动计算环境下的容错计算可信计算高性能容错计算机高性能容错计算机?可以预测有强劲的发展动力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中国经济发展带动高性能计算机的发展 ? 经费支持经费支持 ? 提供高性能容错计算机的体系结构提供高性能容错计算机的体系结构 ?需求：需求： ? 金融、电信、能源、民航等金融、电信、能源、民航等 ? 国外厂商垄断国外厂商垄断 ? 需要自主知识产权的高性能容错计算机需要自主知识产权的高性能
5、容错计算机需求迫切需求迫切?银行银行 ? 储蓄业务系统储蓄业务系统 ? 汇兑结算系统汇兑结算系统 ? 银联信用卡交易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证券的交易系统和证券报价系统 ? 电信领域的网管系统电信领域的网管系统 ? 电力调度系统电力调度系统 ? 民航领域的空管系统和机场出港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。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
6、胁到社会的安定和经济的正常运行。需求迫切需求迫切? 国内近期的几个主要案例如下：国内近期的几个主要案例如下： ? 2006年年4月月20日上午日上午10时时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；个多小时； ? 2005年年6月月7日银联系统日银联系统POS机系统主机故障造成机系统主机故障造成POS交易停顿交易停顿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。个小时，由于上述系统故障，市民无法刷
7、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年年10月月10日，由于中国民航信息网络有限公司日，由于中国民航信息网络有限公司(简称简称“中航 信中航 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。）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
8、影响了交通运输秩序。需求迫切需求迫切? 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 达到亿元人民币，销售量 达到22300台，销售额增长率达到台，销售额增长率达到
9、10.4。17.820.285.622.396.090.00204060801001202004年2005年2006年销售量（千台）销售额（亿元人民币）图1. 2006年高端服务器销量与销售额。需求迫切需求迫切? 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。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。9.2%2.6%12.6%4.8%14.3%10.2%11.5% 8.2% 6.3%9.6% 4.4%02
10、468制造政府教育金融电信交通能源 流通科研邮政其它0%5%10%15%20%25%30%2006年高端服务器销量(千台)增长率(%)图：高端服务器销量行业分布需求迫切需求迫切? 市场被国外厂商高度垄断。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年国内 高性能服务器总销售额约96亿元，基本 被亿元，基本 被IBM、HP、SGI、SUN等国外高性能 服务器厂商垄断，其市场占有率达到等国外高性能 服务器厂商垄断，其市场占有率达到 95.6；7.54 3.322.0423.5025.6034.002.0%3.7%4.7%10.8%8.0%2.1%010203040SUNIBMHP
11、FujitsuSGIOthers-20%-10%0%10%20%销售额(亿元)增长率(%)8.681.610.624.120.856.424.4%5.5%7.0%24.4%10.4%6.3%0246810SUNIBMHPFujitsuSGIOthers-40%-20%0%20%40%销量(千台)增长率(%)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。高性能容错计算机：高性能容错计算机：HP的的NON-STOP系统系统Communications Communications or external I/Oor external I/OSCSISCSISCS
12、ISCSISCSISCSISCSISCSISCSISCSISCSISCSIServerNet expansion boardServerNet expansion boardMemoryMemoryMemoryMemoryServerNetServerNet Transfer EngineTransfer EngineServerNetServerNet Transfer EngineTransfer EngineServerNet XCommunications Communications or external I/Oor external I/OServerNet YLockstep
13、CPUsLockstep CPUsPPMM“Shared Nothing” Design ?Message based ? To and from all entities ? 2-4096 CPUs ? Transparent Access ?Single system image ? Peer-to-peer ? Synchronized ? Managed ? System-wide Load Balancing ?Process Pairs for key components ?Immediate Failover ?Context preserved ?No OutagesHP N
14、onStop系列? 包括两个子系列，即旧有专用的基于包括两个子系列，即旧有专用的基于MIPS处理器的处理器的S系列和新扩展的基 于安腾处理器的系列和新扩展的基 于安腾处理器的Integrity系列。系列。? 多级冗余容错结构多级冗余容错结构 ? 松耦合松耦合ServerNet网络互连网络互连? 系统运用了系统运用了CPU锁步和自检测技术锁步和自检测技术? 数据和通路纠错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、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
15、对技术等容错技术。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每个服务器节点最多可支持16颗处理器，系统可用度可达颗处理器，系统可用度可达99.999%，还 可通过松耦合方式扩展至，还 可通过松耦合方式扩展至4080颗处理器。颗处理器。? 可支持可支持NonStop专用操作系统、专用操作系统、HP OpenVMS、Microsoft Windows、 Linux等操作系统。等操作系统。高性能容错计算机：高性能容错计算机： STRATUS/NECStratus ftServer系列? 混合冗余容错结构混合冗余容错结构 ? 支持双模支持双模/三模灵活配置三模灵活配置 ?
16、软硬结合的容错技术软硬结合的容错技术 ? 处理器锁步执行（处理器锁步执行（LOCKSTEP）技术）技术 ? 失效安全（失效安全（Failsafe）软件技术）软件技术 ? 激活服务（激活服务（ACTIVE SERVICE）技术）技术 ? 目前单服务器最多可支持目前单服务器最多可支持4路双核路双核Xeon处理器，近期计 划推出基于处理器，近期计 划推出基于8路路4核处理器的新产品核处理器的新产品 ? 可支持可支持VOS专有操作系统、专有操作系统、Microsoft Windows Server 2000、Linux等操作系统。在等操作系统。在Windows和和 Linux平台上的系统可用度可达平台上的系统可用度可达99.999%。 ? NEC 公司与公司与Stratus合作，推出了类似合作，推出了类似ftServer的的 Express5800/ft系列容错服务器。系列容错服务器。高性能容错计算机：高性能容错计算机： IBM的的s390/z900IBM z系列服务器系列服务器? z系列服务器是具有高可靠、高容错、高纠错能力的专用大
