[發明專利]一種分布式多模冗余容錯系統軟件表決方法

在審

• 申請號: 202010907008.1
• 申請日: 2020-09-02
• 公開（公告）號: CN112214350A
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發明（設計）人: 胡哲琨;吳遂;章祺;戴新發;陳敬東;呂書玉
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七0九研究所
• 主分類號: G06F11/14
• 分類號: G06F11/14
• 代理公司: 武漢河山金堂專利事務所(普通合伙) 42212
• 代理人: 胡清堂

一種分布式多模冗余容錯系統軟件表決方法，包括：1)在N模冗余程序中插入若干個同步點和表決點；2)表決器程序獨立運行，為N模冗余任務提供同步和表決服務；3)表決器對每個冗余任務分別維護1個“超時錯誤”標記和1個“數據錯誤”標記，且初始時這些標記均為無故障；4)N模冗余任務同步操作中，表決器向冗余任務反饋同步完成報文；5)N模冗余任務表決操作中，表決器進行結果表決，并向冗余任務反饋表決完成報文或表決失敗報文。優點是：既可適用于云計算環境下的任務容錯，也可用于分布式系統的任務容錯；消除了對處理器鎖步機制的依賴性，降低了對容錯系統的硬件設計要求。

技術領域

本發明涉及計算機技術領域，具體地說是一種分布式多模冗余容錯系統軟件表決方法。

背景技術

容錯計算系統是一種高可靠的計算機系統，在部分硬件或軟件資源發生故障的情況下，仍然能夠持續地執行計算并輸出正確結果，在金融、工業控制、國防裝備等領域存在廣泛應用。多模冗余系統是容錯計算系統的重要實現方式，其使用多個冗余單元模塊同時處理相同的數據，然后將處理后的結果輸出給表決器，由表決器按照“少數服從多數”的原則進行結果表決和輸出。

以三模冗余(Triple Modular Redundance，TMR)容錯系統為例，當3個模塊的輸出相同時，表決器隨機選擇一個輸出；當有兩個模塊輸出相同而另一個模塊輸出不同時，表決器從相同的兩個模塊中選擇一個輸出；當3個模塊輸出都不同時，表決器產生報警，因此TMR系統可以屏蔽一個模塊錯誤。三模一備(TMR+1)容錯系統在TMR系統的基礎上增加了一個備份節點，正常情況下由三個模塊進行表決輸出，當其中一個模塊出現錯誤時，添加備份節點以構成新的TMR系統，因此TMR+1系統可以屏蔽兩個模塊錯誤。

無論是TMR還是TMR+1系統，表決過程都是容錯計算中至關重要的環節。表決器的實現可以分為硬件和軟件兩種模式。在硬件表決方式中，由硬件表決邏輯對多個計算模塊的輸出結果進行比較和輸出，該方式具有較高的性能，但是需要在處理器鎖步(lockstep)機制的配合下才能正常工作，因此對容錯系統的硬件設計提出了較高的要求；此外，采用硬件邏輯進行結果表決時，其靈活性和擴展性也受到了較大的限制，較難滿足云計算系統和分布式計算系統在故障診斷、隔離、修復場景下的表決器重構需求，同時也較難滿足對表決數據規模的擴展需求。而在軟件表決方式中，雖然其具有較高的靈活性，但由于缺少處理器之間的鎖步機制，軟件表決器較難處理多個計算模塊之間的同步問題，處理不善易造成較大的表決延時。

發明內容

本發明提供一種分布式多模冗余容錯系統軟件表決方法，目的是針對當前云計算系統和分布式系統中的任務級容錯需求，至少克服上述一種技術缺陷，消除表決器對處理器鎖步機制的依賴以降低容錯系統對硬件模塊的設計要求，同時實現表決器在靈活性、擴展性和實時性方面的均衡優化。

為了實現上述發明目的，本發明提供了如下技術方案：

一種分布式多模冗余容錯系統軟件表決方法，包括如下步驟：

1)在N模冗余程序中插入若干個同步點和表決點；

2)表決器程序獨立運行，通過特定格式的網絡報文通信為N模冗余任務提供同步和表決服務；

3)表決器對每個冗余任務分別維護1個“超時錯誤”標記和1個“數據錯誤”標記，且初始時這些標記均為無故障；

4)在N模冗余任務同步操作中，表決器根據其所維護的“超時錯誤”標記以及當前接收同步請求報文的超時情況，向冗余任務反饋同步完成報文；

5)在N模冗余任務表決操作中，表決器根據其所維護的“超時錯誤”標記、“數據錯誤”標記以及當前接收表決請求報文的超時情況，按照“少數服從多數的原則”進行結果表決，并向冗余任務反饋表決完成報文或表決失敗報文。

步驟2)中，一個表決器對應N個冗余任務，這N個冗余任務執行相同的程序；表決器通過任務的ID區分不同冗余任務；