面向空间自主运行管理容错系统的研究与实现

admin · 发表于 2022-9-25 16:25:48

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空间自主运行管理系统是空间平台上对信息进行采集、处理、分配、存储和响应的关键部件，是一个工作于苛刻的外层空间中的信息综合处理平台。由于自主运行管理系统的任务特点，其对信息的正确性和可靠性有较高的要求。因此，面向空间自主运行管理系统的容错技术研究具有重要的理论和实践意义。本文以国家高技术研究发展计划(863计划)专题课题“****信息收集、分发和融合处理技术”为背景，针对空间自主运行管理系统可靠性、安全性的要求开展研究工作。为了提高外部存储数据的可靠性以及容错等级，在存储芯片阵列的组织方式方面，本文给出了一种自适应的2D-RAID阵列重组策略，该策略能够针对不同的故障类型对2D-RAID阵列进行重组，保证剩余存活存储的可靠性。可靠性分析表明，该策略能够将存储阵列的平均数据丢失时间（MTTDL）提高2到3个数量级。本文针对外层空间的单粒子反转（SEU）题目，将RAID机制和BCH纠错编码技术相结合，给出了一套片内容错策略，即在页级采用BCH纠错码技术对数据进行校验和纠错；针对NAND FLASH的块损坏题目，本文在块级将NAND FLASH进行块分组，并以组为单位构造RAID系统。针对空间应用程序需对外提供可靠且连续的服务的需求，本文采用检查点机制来对应用程序进程进行可靠性保证，设计并实现一套模块级检查点机制，主要包括内核模块和用户库函数，其中，内核模块主要负责处理用户库函数提交的检查点设置及基于检查点恢复请求；用户库函数对外提供调用接口，并根据应用程序的要求向内核模块发出检查点设置和基于检查点的恢复等请求。实验对比分析结果表明，该检查点机制能够快速有效地保存和恢复进程状态，能在进程级对外提供连续可靠的服务。最后，本文在上述研究工作的基础上，设计实现了一套基于双机热备和共享存储的容错系统，实现了基于检查点机制的进程容错和基于NAND FLASH的存储系统的三层容错机制，以及双机状态的检测方法及相应的心跳协议，并针对一个典型的故障类型，给出了双缓冲区的解决方案。

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