容错计算
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MASTER OF SCIENCE (Part-time)
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Division:COMPUTER SCIENCE & ENGINEERING Programme:COMPUTER SCIENCE
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高等计算流体力学讲义(2)
高等计算流体力学讲义（2） 第二章 可压缩流动的数值方法 §1. Euler 方程的基本理论 0 概述 在计算流体力学中，传统上，针对可压缩Navier －Stokes 方程的无粘部分和粘性部分分别构造数值方法。其中最为困难和复杂的是无粘部分的离散方法；而粘性项的离散相对简单，一般采用中心差分离散。所以，本章主要研究无粘的Euler 方程的解法。在推广到Navier －Stokes 方程时，只需在Euler 方程的基础上，加上粘性项的离散即可。Euler 方程是一种典型的非线性守恒系统。下面我们将讨论一般的非线性守恒系统以及Euler 方程的一些数学理论，作为研究数值方法的基础。 1非线性守恒系统和Euler 方程 一维一阶非线性守恒系统(守恒律)可写为下列一般形式 =??+??x F t U ，0,>∈t R x （1） 其中U 称为守恒变量，是有m 个分量的列向量，即T m u u u U ),...,(21=。T m f f f F ),...,(21=称为通量函数，是U 的充分光滑的函数，且满足归零条件，即： 0)(lim =→U F U 即通量是对守恒变量的输运，守恒变量为零时，通量也为零。 守恒律的物理意义 设U 的初始值为：0(,0)(),U x U x x =∈R 。如果0()U x 在x ∈R 中有紧支集（即0U 在有限区域以外恒为零），则0(,)()U x t dx U x dx =??R R 。即此时虽然(,)U x t 的分布可以随时 间变化，但其总量保持守恒。 多维守恒律可以写为 )(=++??+??k H j G i F t U （2） 守恒律的空间导数项可以写为散度形式。 守恒系统（1）可以展开成所谓拟线性形式
容错关键技术
容错关键技术 一个容错系统包含四个要素：首先是故障检测,这是容错系统必不可少的环节，其他环节以此为基础；其次是对出现的故障所造成的影响进行评估并限制其进一步传播；最后是对确定为不可恢复的故障进行处理。 容错的基本步骤概括起来是故障检测→处理故障→系统恢复。 防止故障造成系统失效有两种基本技术：即是故障掩蔽技术和系统重组技术。 故障掩蔽是防止故障造成差错的各种技术，换句话说要将发生的故障隐蔽起来。这类技术不要求在容忍故障前检测故障，但要求做到故障包容。故障包容是指使故障的影响局部化，不希望一个故障全局地影响整个系统的性能。在故障效应达到模块的输出之前，通过隔离或校正来消除它们的影响，从而达到容错的目的。 掩蔽技术不改变系统的结构，即系统部件的逻辑关系相对固定，因此掩蔽技术又称静态冗余技术。当掩蔽冗余因模块中的故障而耗尽时，再发生故障就会在输出产生错误。 系统重组是防止差错导致系统失效的各种技术。系统重组技术首先做到故障检测，然后做到故障定位，最后做到系统恢复。 系统重组技术称动态冗余技术。 故障掩蔽技术及系统重组技术是达到容错的两种基本途径。而它们又建立在资源冗余的基础上的。资源冗余主要有两种基本形式:硬件冗余和软件冗余。 1、硬件冗余 实时系统中应用最广泛的冗余形式是硬件的物理重复。随着半导体元件体积的缩小及成本的下降，硬件冗余成为更实用的一种冗余方法。硬件冗余有两种形式：被动冗余和主动冗余。 被动硬件冗余又称静态硬件冗余，是指冗余结构并不随故障情况的变化的冗余的形式。被动硬件冗余应用了故障掩蔽的概念，将发生的故障隐蔽起来，防止故障造成差错。被动硬件冗余的基本机理是通过多数表决隐蔽发生的故障。这种冗余方法一般用于多机系统。 主动硬件冗余又称动态硬件冗余，是通过故障检测，故障定位及系统恢复来
冗余设计与容错设计
冗余设计与容错设计 1.冗余与容错的概念 提高产品可靠性的措施大体上可以分为两类：第一类措施是尽可能避免和减少产品故障发生的避错”技术；第二类措施是当避错难以完全奏效时，通过增加适当的设计余量和替换工作方式等消除产品故障的影响，使产品在其组成部分发生有限的故障时，仍然能够正常工作的“容错”技术。而冗余是实现产品容 错的一种重要手段。
“容错（fault tolerance）”定义：系统或程序在出 现特定的故障情况下，能继续正确运行的能力。“冗余（redundancy）”定义：用多于一种的途径来完成一 个规定功能。“容错”反映了产品或系统在发生故障情 况下的工作能力，而“冗余”是指产品通过多种途径完成规定功能的方法和手段。“容错”强调了技术实施的最终效果，而“冗余”强调完成规定功能所采用的不同方式和途径。严格地说，冗余属于容错设计范畴。 从原理上讲，冗余作为容错设计的重要手段，其实施流 程和原则也同样适用与其他容错设计活动。
2.冗余设计 2.1.目的 冗余设计主要是通过在产品中针对规定任务增加更多的功能通道，以保证在有限数量的通道失效的情况下，产品仍然能够完成规定任务。
2.2 .应用对象 (a) 通过提高质量和基本可靠性等方法不能满足任务可靠性 要求的功能通道或产品组成单元； （b）由于采用新材料、新工艺或用于未知环境条件下，因而其任务可靠性难于准确估计、验证的功能通道或产品组成单元； （c）影响任务成败的可靠性关键项目和薄弱环节； （d）其故障可能造成人员伤亡、财产损失、设施毁坏、环境破坏等严重后果的安全性关键项目； （e）其他在设计中需要采用冗余设计的功能通道或产品组 成单元。
计算机容错技术课后习题
第1章绪论 1、为什么说可靠度高的系统其安全度必然高，但安全度高的系统其可靠度不一定高？ 答：可靠度：设在时刻t0系统正常运行，则系统在整个时间区间[t0 ,t]内正常运行的条件概率，称为系统在时刻t的～，记为R(t)。 安全度：设在时刻t0系统正常运行，则系统在时刻t的安全度S(t)指系统在[t0 ,t]内正常运行的条件概率加上系统在时刻t处于失效安全状态的条件概率，即S(t) = R(t) +FS(t)。 由二者的定义可以看出，当R(t)的值越大，即可靠度越高，且FS(t)值一定时，S(t) = R(t) +FS(t)的值必定会越大，即安全度会很高；反之，安全度高的系统是由R(t)和FS(t)两项参数共同决定的，R(t)的值可以是一个定值，而FS(t)的值可以取一个较高值时，可以满足高可靠度的要求。 2、可靠度高的系统是否可用度一定高？可用度高的系统是否可靠度一定高，为什么？ 答：设在时刻t0系统正常运行，则系统在整个时间区间[t0 ,t]内正常运行的条件概率，称为系统在时刻t的可靠度，记为R(t)。系统在时刻t的可用度：指系统在该时刻正确执行其功能的概率，记为A(t)，瞬时可用度。系统处于稳定状态时，其可用度不再随时间变化，称为稳态可用度，记为Ass。 可靠度高的系统，可用度一定高，而可用度高的系统，可靠度不一定高。 注意：可用度与可靠度的区别，可用度只考虑时刻t系统正确执行功能的概率，并不关心时刻t以前系统是否发生过时效。而可靠度则要考虑在整个时间区间【t0，t】内系统正常运行的概率。 3、系统可维度是如何影响系统的可用度的，试用公式予以说明。 答：系统的可维度M(t)是指系统失效后，在时间间隔t=Tf内被修复的概率。可用度A=T0/(T0+Tf)，T0：正常运行时间，系统完成功能的时间。Tf：故障时间，故障修理时间之和。 4、实现冗余有哪几种方式？ 答：（1）硬件冗余：应用附加硬件来实现故障检测及容错：典型的列子如双机比较系统，三模表决系统等。 （2）软件冗余：应用附加软件来实现故障检测及容错。典型例子如故障诊断程
容错控制简介
1.2容错技术简介 容错控制及其系统组成 容错控制的发展及研究现状 1.2.1容错控制的概念和任务 容错概念最初来源于计算机系统设计领域，是指系统内部环节发生局部故障或失效情况下，计算机系统仍能继续正常运行的一种特性。后来人们逐渐把容错的概念引入到控制系统，这样人们虽然无法保证控制系统每个环节的绝对可靠，但是构成容错控制系统后，可以使系统中的各个故障因素对控制性能的影响被显著削弱，从而间接地提高了控制系统的可靠性。特别是控制系统的重要部件的可靠度未知时，容错技术更是在系统设计阶段保证系统可靠性的必要手段。 容错控制的指导思想是在基于一个控制系统迟早会发生故障的前提下，在设计控制系统初期时就将可能发生的故障对系统的稳定性及静态和动态性能影响考虑在内。最简单的情况，如果传感器或执行器发生故障，在故障后不改变控制律的情况下，如何来维持系统的稳定性就是控制器设计过程中值得注意的问题。在容错控制技术中，这种问题属于完整性控制的范畴。 在某种程度上，容错控制系统是指具有内部冗余（硬件冗余、解析冗余、功能冗余和参数冗余等）能力的控制系统，即在某些部件（执行器、传感器或元部件）发生故障的情况下，闭环系统仍然能保持稳定，并在原定性能指标或性能指标有所降低但可接受的条件下，安全地完成控制任务，并具有较理想的特性。动态系统的容错控制是伴随着基于解析冗余的故障诊断技术的发展而发展起来的。 1.2.2容错控制的现状研究 容错控制系统的基本结构为：传感器、故障检测与诊断子系统、执行器和控制器。其中，故障检测与诊断子系统能够对控制系统进行实时故障监测与辨识等；控制器则根据故障诊断信息作出相应的处理，实施新的容错控制策略，保证系统在故障状态下仍能获得良好的控制效果。在实际控制系统中,各个基本环节都有可能发生故障。 容错控制系统有多种分类方法,如按系统分为线性系统容错控制和非线性系统容错控制，确定性系统容错控制和随机系统容错控制等；按克服故障部件分类为执行器故障容错控制，传感器故障容错控制,控制器故障容错控制和部件故障容错控制等；按控制对象不同分为基于硬件冗余和解析冗余的容错控制分类。一般，为了全面反映容错控制系统的特性，常将上述各种分类方法组合运用。 1.硬件冗余方法 硬件冗余是指对系统的重要部件及易发生故障部件设置各种备份,当系统内某部件发生故障时,对故障部分进行隔离或自动更换,使系统正常工作不受故障元器件的影响，保证系统的容错性能。硬件冗余方法根据备份部件是否参与系统工作可分为静态硬件冗余和动态硬件冗余。 l)静态硬件冗余:并联多个相同的组件,当其中某几个发生故障时并不影响其它组件的正常工作。 2)动态硬件冗余:在系统中不接入备份组件,只有在原组件发生故障后,才把输入和输出端转接到备份组件上来,同时切断故障组件的输入和输出端,即运行模块的失效，备用模块代替运行模块工作。系统应该具有自动发现故障的能力与自动转接设备。 硬件冗余方法可以用于任何硬件环节失效的容错控制,建立起来的控制系统将具有较强
计算流体力学实例
汽车外部气体流动模拟 振动和噪声控制研究所 1.模型概述 在汽车外部建立一个较大的长方体几何空间，长度约为30m，宽度和高度约为5m，在空间内部挖出汽车形状的空腔，汽车尺寸参照本田CRV为4550mm*1820mm*1685mm。由于汽车向前开进，气体从车头流向车尾，因此将汽车前方空间设为气体入口，后方空间设为气体出口，模拟气体在车外的流动。另外为了节省计算成本将整个模型按1:100的比例缩小，考虑到模型和流体均是对称的，因此仅画出几何模型的一半区域，建立对称面以考虑生成包含理想气体的流体域。在Catia中建立的模型如图1.1所示。 图1.1几何模型 2.利用ICEM CFD进行网格划分 a)导入有Catia生成的stp格式的模型； b)模型修复，删除多余的点、线、面，允许公差设为0.1； c)生成体，由于本模型仅为流体区域，因此将全部区域划分为一个体，选取方法可以 使用整体模型选取； d)为了后面的设置边界方便，因此将具有相同特性的面设为一个part,共设置了in， out，FreeWalls，Symmetry和Body； e)网格划分，设置Max element=2，共划分了1333817个单元，有225390个节点； f)网格输出，设置求解器为ANSYS CFX，输出cfx5文件。 3.利用ANSYS CFX求解 a)生成域，物质选定Air Ideal Gas，参考压强设为1atm，浮力选项为无浮力模型，
域运动选项为静止，网格变形为无；流体模型设定中的热量传输设定为Isothermal，流体温度设定为288k，湍流模型设定为Shear Stress Transport模型，壁面函数 选择Automatic。 b)入口边界设定，类型为Inlet，位置选定在in，质量与栋梁选定Normal Speed，设 定为15m/s，湍流模型设定类型为Intensity and Length Scale=0.05，Eddy Len.Scale=0.1m。 c)出口边界设定，边界类型为Outlet，位置选out。质量与动量选项为Static Pressure，相对压强为0pa。 d)壁面边界设定，边界类型为Wall，位置选在FreeWalls。壁面边界详细信息中指定 WallInfluence On Flow为Free Slip。 e)对称边界设定，边界类型为Symmetry，位置选在Symmetry。 f)汽车外壁面设定，边界类型为Wall，位置设在Body，壁面详细信息选项中指定Wall Influence On Flow为No Slip，即汽车壁面为无滑移壁面。 g)初始条件设定，初始速度分量设为U方向为15m/s，其他两个方向的速度为零。 h)求解设置，残差类型选为RMS，残差目标设定为1e-5，当求解达到此目标时，求解 自动终止。求解之前的模型如图3.1所示。 图3.1求解之前的模型 4.结果后处理 从图4.1中可以看出计算收敛。
容错服务器技术vs双机冗余
容错服务器技术vs双机冗余 2009-05-21 来自：网界网作者：宋家雨收藏 单机容错技术以Stratus公司的ftServer、惠普公司的NonStop服务器和NEC公司的Express5800/ft为代表。这种技术具有比双机冗余方案更高的容错能力。 1980年，当Bill Fost先生苦思冥想在为新公司取个什么名字的时候，无意间看到了飞机外层层叠叠的云层，由此“Stratus”诞生了。但是Bill Fost没有想到，1990当他们注册北京办事处的时候，竟然可以使用“美国容错计算机公司”，这种用技术术语命名公司的现象，此后再也没有出现过。不知道国内有多少用户知道“美国容错计算机公司”，进而了解容错技术，但是相信，这几年数量有限与很多技术领先型公司相类似，“酒香不怕巷子深”是其风格，市场上的低调在一定程度上制约了发展。 容错的含义比较宽泛，这种不确定性容易引发歧义，增加理解上的难度。从概念上来说，容错是指服务器对于错误的容纳能力，是应用过程中对于服务器稳定性追求的一个目标。为了这样一个目标，有几种技术上的实现方法，目前国内谈论最多的是三种：服务器群集技术、双机冗余服务器方案和单机容错技术。 实际上，服务器群集和双机冗余的技术比较类似，双机冗余是最简单的集群，是其一个特例，也可以把服务器集群技术视为双机冗余的延伸，可以理解为一种多机容错的方案。在一般的讨论之中，集群技术是为了解决计算性能不足的问题，通过多台服务器的集群计算，为高性能计算领域应用提供所需要的高性能。采用集群技术，通过多台服务器之间的负载均衡，可以解决服务器单点故障所引发的系统不稳定，提高系统的可靠性，因此集群具有更好的容错能力，但是在实际的应用中，集群技术多用于高性能计算。 单机容错技术以Stratus公司的ftServer、惠普公司的NonStop服务器和NEC公司的Express5800/ft为代表。这种技术具有比双机冗余方案更高的容错能力。据记者查阅有关技术资料，双机冗余系统的可靠性可以达到99.9%，也就是3个9的能力，而Stratus公司的方案，其可靠性可以达到5个9。在记者的采访中，惠普公司企业服务器产品经理陈武胜表示，其NonStop服务器作为目前惠普公司最高档的服务器，其可靠性可以达到7个9的水平。在记者看来，双机冗余与单机容错有很多的差异，绝不是3个9和5个9的区别。为了了解这些区别，记者分别采访了有关软硬件厂商，并结合实际的应用案例，帮助读者了解有关容错服务器的技术。 产品技术篇之一“没有错误”的容错服务器技术 单机容错技术是我们为了区别双机冗余技术对Stratus等容错服务器的称谓，但是在我的采访中，有关服务器厂商都不愿意采用这个称谓，他们更愿意采用容错服务器，因为单机只是一个表现形式，并不能准确表达其技术的特征。IDC资询师将这种技术称之为“没有错误”的容错服务器技术。 容错与同步技术
容错计算
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计算机冗余容错
计算机冗余容错 fault-tolerant computer rongCUO llSUQn』l 容错计算机(fault-tol~t computer)在硬件发生故障或软件产生错误时仍能继续运行并完成其既定任务的计算机系统。容错计算机的主要设计目标是为了提高计算机系统的可靠性、可用性和可信性等性能。提高计算 ·600· 容机可靠性的方法可以分为两大类:一类是排错技术，主要是通过使用可靠性高的元器件，严格的老化筛选等方法达到尽量减少发生故障的可能性; 另一类是容错技术，主要是运用元余技术来抵消由于故障而引起的影响。所谓冗余技术，简单地说，是在正常系统运行所需的基础上加上一定数量的信息、时间或后备硬件、后备软件的方法。冗余技术是容错计算机中容错技术的基础。冗余大致上可以分为下列几种类型: (l)硬件冗余以检测或屏蔽故障为目的而添加一定硬件设备的方法; (2)软件冗余为了检测或屏蔽软件中的错误而添加一些在正常运行时不需要的软件的方法; (3)信息冗余在实现正常功能所需的信息以外，再附加一些信息的方法，例如纠错码就是信息冗余的一种形式; (4)时间冗余使用附加一定的时间来完成系统的功能，这些附加的时间主要是用在故障检测或故障屏蔽上。 最常用的硬件冗余是硬件的重复。硬件冗余一般可以分为3种类型:静态冗余(也称为被动冗余)、动态冗余(也称为主动冗余)和混合冗余。静态冗余将已发生的故障屏蔽起来，使不影响运行的结果。被动冗余主要是依靠表决机制来屏蔽发生的故障，因而这种方法不需要故障检测也不必进行系统的重新配置等就可以获得容错的效果。被动冗余技术中使用最广的是三模元余TM[R。TMR的基本概念是使用3套完全相同的硬件系统执行相同的任务，然后由1个多数表决器对这3套系统的输出进行表决以确定整个系统的输出。多数表决器的表决原则是三中取二。也就是说三模冗余系统可以容许有1个模块发生故障而不至于影响到整个系统运行的正确性。三模冗余的关键是多数表决器本身的可靠性问题。提高多数表决器可靠性的方法有多种，其中最常用的方法是多数表决器本身也使用三模冗余，即利用3个独立的多数表决器，每个多数表决器分别接受来自3个模块的输出作为它的输人，然后再分别输出。这种系统通常被称为带三重多数表决器的三模冗余系统。除了三模冗余系统外，还有多于三模的冗余，称为N模冗余。主动冗余技术与被动冗余技术相反，它是通过故障检测、故障定位及故障恢复等手段达到容错的目的。因而在主动冗余技术中不是去防止故障引发的错误，而是暴露由故障引发的错误，从而去纠正错误。主动冗余技术中
流体力学讲义
流体力学讲义 课程简介：流体力学是动力、能源、航空、环境、暖通、机械、力学等专业的重要基础课。本课程的任务是系统介绍流体的力学性质、流体力学的基本概念和观点、基础理论和常用分析方法、有关的工程应用知识等；培养学生具有对简单流体力学问题的分析和求解能力，掌握一定的实验技能，为今后学习专业课程，从事相关的工程技术和科学研究工作打下坚实基础。 流体力学学科既是基础学科，又是用途广泛的应用学科；既是古老的学科，又是不断发展、充满活力的学科。当前，流体力学进入了一个新的发展时期：分析手段更加先进，与各类工程专业结合更为密切，与其他学科的交叉渗透更加广泛深入。但由于流体力学理论性较强，概念抽象，学生普遍缺乏对流体的感性认识，使流体力学课程历来被认为是教师难教、学生难学的课程之一。为改进流体力学教学质量，所以，我们采用多媒体教学的方式，尽可能多地给学生提供大量的图片，增加感性认识。 学生在学习的过程中，要特别注意学习目标、学习方法、重点内容、注意事项等问题。 第一章绪论 第一节工程流体力学的研究对象、内容和方法 一、研究对象和内容 研究对象和内容：工程流体力学以流体（包括液体和气体）为研究对象，研究流体宏观的平衡和运动的规律，流体与固体壁面之间的相互作用规律，以及这些规律在工程实际中的应用。 自然界存在着大量复杂的流动现象，随着人类认识的深入，开始利用流动规律改造自然界。最典型的例子是人类利用空气对运动中的机翼产生升力的机理发明了飞机。航空技术的发展强烈推动了流体力学的迅速发展。 流体力学是一门基础性很强和应用性很广的学科，是力学的一个重要分支。它的研究对象随着生产的需要与科学的发展在不断地更新、深化和扩大。60年代以前，它主要围绕航空、航天、大气、海洋、航运、水利和各种管路系统等方面，研究流体运动中的动量传递问题，即局限于研究流体的运动规律，和它与固体、液体或大气界面之间的相互作用力问题。60年代以后，能源、环境保护、化工和石油等领域中的流体力学问题逐渐受到重视，这类问题的特征是：尺寸小、速度低，并在流体运动过程中存在传热、传质现象。这样，流体力学除了研究流体的运动规律以外，还要研究它的传热、传质规律。同样，在固体、液体或气体界面处，不仅研究相互之间的作用力，而且还需要研究它们之间的传热、传质规律。
容错与冗余技术(DOC)
容错与冗余技术 容错控制的研究虽然面临着空前的挑战，但近些年来，相关研究领域，如鲁棒控制理论，模糊控制，神经网络控制研究的不断深入和发展，也给容错控制的研究带来了良好的机遇，提供了充分的条件。 而计算机控制技术、人工智能等技术的飞速发展，使得容错控制技术在实际工程中应用的可能性变得越来越大。 1.1 容错概念的提出 提高系统的可靠性一般有两种办法：1、采用缜密的设计和质量控制方法来尽量减少故障出现的概率。2、以冗余资源为代价来换取可靠性。 利用前一种方法来提高系统的可靠性是有限的，要想进一步的提高必须采用容错技术。 容错控制技术在国外发展的比较早，是由冯·诺依曼提出的。随着八十年代微型计算机的迅速发展和广泛应用，容错技术也得到了飞速的发展，容错技术被应用到各个环境中。 我国的容错技术现在发展的也很迅速，一些重要的工作场合如航天、电厂等现在都采用了容错技术。 所谓容错：就是容许错误，是指设备的一个或多个关键部分法生故障时，能够自动地进行检测与诊断，并采取相应措施，保证设备维持其规定功能，或牺牲性能来保证设备在可接受范围内继续工作。 错误一般分为两类：第一类是先天性的固有错，如元器件生产过程中造成的错、线路与程序在设计过程中产生的错。这一类的错误
需对其拆除、更换或修正，是不能容忍的。第二类的错后天性的错，它是由于设备在运行中产生了缺陷所导致的故障。这种故障有瞬时性、间歇性和永久性的区别。 容错技术是提高系统可靠性的重要途径。常采用的容错方法有硬件容错、软件容错、信息容错和时间容错。 1.1.1 智能容错的定义 智能容错IFT(Intelligent Fault-Tolerance)：就是设备在运行过程中一个或多个关键部件发生故障或即将发生故障之前，利用人工智能理论和方法，通过采取有效措施，对故障自动进行补偿、抑制、消除、修复，以保证设备继续安全、高效、可靠运行，或以牺牲性能损失为代价，保证设备在规定的时间内完成其预定功能。 智能容错技术的构成方法可以采用以下三步来实现： （1）建立系统的设计目标； （2）设计智能容错处理机构； （3）根据设计目标对所作的设计进行评价，如果满足目标则设计成功，否则将返回第二步进行重新设计，直到满足设计目标要求。 硬件智能容错HIFT (Hardware Intelligent Fault Tolerant) 主要采用硬件冗余技术。其基本思想是对设备的关键部件配备多重相似或相同部件，一旦检测和诊断出设备发生故障就可以立刻切换到备份部件，以达到故障容错的目的。图1 所示为二冗余结构原理图：
计算机网络安全容错技术解析
4 计算机网络安全课程设计 容错技术浅析 班级： 学号： 姓名： 分数： 2013年12月16日
容错技术浅析 摘要：计算机技术的发展是日新月异的，与此同时计算机系统的可靠性越来越受到人们的重视，而容错技术是提高可靠性的一种有效方法。本文首先阐述了计算机容错技术的历史和概念，而后还展示了两种容错技术的完成方法和现如今运用于网络上的容错技术产品，最后简要的概括了容错技术未来的发展趋势。 关键字：容错技术、冗余、磁盘镜像 1 引言 性能、价格和可靠性是评价一个网络的三大要素，为了提高网络系统上午高可靠性，人们进行了长期的研究，并总结了两种方法。一种叫做避错，即采用正确的设计和质量控制尽量避免把故障引进系统，但实际上这是不可能的。还有一种方法就是容错，所谓容错是指当系统出现某些指定的硬件或软件的错误时，系统能执行规定的一组程序，或者说程序不会因系统中的故障而中断或被修改，并且执行结果也不包含系统中故障引起的差错。随着现代工业技术的发展和计算机的普及，工业设备运行的安全性和可靠性越来越引起人们的重视，为了保证其安全、高效和可靠地运行，必须采用与之相适应的管理模式，容错技术为计算机系统提供了这样的能力：当计算机内部出现故障的情况下，计算机系统仍能正确工作。计算机容错技术是计算机系统可靠性提高的重要手段。
2 容错技术的历史 上世纪80年代，第一代容错技术就开始进入商用领域。美国Stratus（容错公司）在Stratus 独特的硬件级容错技术及VOS专有操作系统环境下,采用了Motorola M68000处理器。 1993年，英特尔I860处理器在Stratus的硬件级容错体系结构中成功应用，在软件环境方面，还能满足业界对开放性要求的Unix操作系统FTX，即AT&T UNIX SVR4。 1996年，容错技术得到HP的支持，共同推出Stratus Continuum系列，将Stratus容错结构结合HP PA－RISC对称多处理技术。 进入21世纪以来，制造、中小企业、能源、交通等领域对服务器，特别是中低端IA 服务器的需求激增，过去仅仅可以应用在RISC平台、HP－UX环境下的容错产品也面临着新的挑战。另一方面，企业越来越依赖信息系统来完成关键业务的应用，同时他们不可能配备更多的专业人员来进行专职维护。双机热备、集群服务器遇到难题。 如今，NEC通过与美国容错公司多年的合作，于2001年推出了业界第一台基于IA架构、支持Microsoft Win-dows Server 2000标准操作系统环境的容错服务器。NEC的Express5800/ft系列在Windows及Linux平台上的可靠性达到了99.999%，这种实时保护技术来源于STRATUS连续处理技术（Fundamentals of Continuous Pro-cessing Design），包括LOCKSTEP 技术，安全故障（FAILSAFE）软件激活服务（ACTIVE SERVICE ）。
可容错的微服务架构设计
可容错的微服务架构设计 微服务架构可以通过明确定义的服务边界来隔离故障。但是像在每个分布式系统中一样，发生网络、硬件、应用级别的错误都是很常见的。由于服务依赖关系，任何组件可能暂时无法提供服务。为了尽量减少部分中断的影响，我们需要构建容错服务，来优雅地处理这些中断的响应结果。 本文介绍了基于RisingStack 的Node.js 咨询和开发经验构建和操作高可用性微服务系统的最常见技术和架构模式。 如果你不熟悉本文中的模式，那并不一定意味着你做错了。建立可靠的系统总是会带来额外的成本。 微服务架构的风险 微服务架构将应用程序逻辑移动到服务，并使用网络层在它们之间进行通信。这种通过网络间通信代替单应用程序内调用的做法，会带来额外的延迟，以及需要协调多个物理和逻辑组件的系统复杂度。分布式系统的复杂性增加也将导致更高的网络故障率。 微服务体系结构的最大优势之一是，团队可以独立设计，开发和部署他们的服务。他们对服务的生命周期拥有完全的所有权。这也意味着团队无法控制他们依赖的服务，因为它更有可能由不同的团队管理。使用微服务架构，我们需要记住，提供者服务可能会临时不可用，由于其他人员发行的错误版本，配置以及其他更改等。 优雅的服务降级 微服务架构的最大优点之一是您可以隔离故障，并在当组件单独故障时，进行优雅的服务降级。例如，在中断期间，照片共享应用程序中的客户可能无法上传新图片，但仍可以浏览，编辑和共享其现有照片。
微服务容错隔离 在大多数情况下，由于分布式系统中的应用程序相互依赖，因此很难实现这种优雅的服务降级，您需要应用几种故障转移的逻辑（其中一些将在本文后面介绍），以为暂时的故障和中断做准备。 服务间彼此依赖，再没有故障转移逻辑下，服务全部失败。 变更管理
计算机数据库以及系统容错性处理
龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/7618721171.html, 计算机数据库以及系统容错性处理 作者：洪雄 来源：《科教导刊·电子版》2018年第07期 摘要计算机在现在的生活中是非常普遍存在的事物，也是我们的生活工作所必需的，计算机是一个多种先进技术结合的产物，计算机中的很多应用对于其他领域来说，会有很大的借鉴意义。计算机的图形处理技术是一种很复杂的技术应用，在数据计算领域的应用，是此技术的一种有效利用，同时对于数据计算来说，也是一种有益的借鉴来源，二者在一定程度上，可以说是有效的结合使用，相互促进，相互提高。本文通过对计算机交互式的图形技术的分析，引出可视化技术在数据的挖掘中所起到的重要作用，进而阐述交互式技术在计算机的图形处理中的重要作用。 关键词计算机算法数据计算可视化 中图分类号：TP302 文献标识码：A 0引言 几年来，计算机的图形处理技术越来越频繁的被人们应用于其他的领域，也是现在这个科学技术非常发达的社会的一种形势所在。现代一种相对比较常见的数据的可视化技术，指的就是运用计算机的图形学和图像处理的技术，把数据转化为可以被识别的图像或者图形，进而可以在显示器的屏幕上显示出来，被看见的使用者所理解和接受，同时还要进行交互处理的技术。这样一种技术涉及的技术和领域比较广泛，计算机的图形学、图像处理技术、计算机设计、计算机视觉技术、人机交互技术等，多个领域的结合才是一种比较实用的技术。今年以来，随着网络科学技术和网上电子商务技术的发展，在以往科学计算可视化的基础之上，出现了信息可视化的概念，并且逐渐在吸引人们的眼球，成为科学技术领域研究的焦点问题。我们都知道，“可视化”就是使之可见，可以被看见，就是可视化的最基本的含义，那么，数据在挖掘过程中，很多活动都可以被认为是可视化，利用可视化的技术进行信息的传递、知识的发现等。 1计算机服务器系统容错系统的概述 我们所说的计算机故障，指的是由于计算机不见的物理实现、操作错误或者是设计错误等原因引起的计算机系统硬件或者是软件错误的状态。故障的诊断、检测和恢复技术主要是作为计算机容错技术的重要组成部分，如果计算机系统要进行故障恢复的操作，首先就要进行检测、诊断的技术来对故障所处的位置进行定位。作为恢复的前提，我们还应该在恢复技术的作用下使得计算机系统能够恢复到无故障时候的状态并且开始正常工作。当前运用的计算机容错技术最基本的方法是冗余技术，而硬件冗余、软件冗余、信息冗余以及时间冗余技术是作为冗余技术的四个主要组成部分。
容错服务器技术vs双机冗余
容错之"错" 容错服务器技术vs双机冗余 1980年，当Bill Fost先生苦思冥想在为新公司取个什么名字的时候，无意间看到了飞机外层层叠叠的云层，由此“Stratus”诞生了。但是Bill Fost没有想到，1990当他们注册北京办事处的时候，竟然可以使用“美国容错计算机公司”，这种用技术术语命名公司的现象，此后再也没有出现过。不知道国内有多少用户知道“美国容错计算机公司”，进而了解容错技术，但是相信，这几年数量有限与很多技术领先型公司相类似，“酒香不怕巷子深”是其风格，市场上的低调在一定程度上制约了发展。 容错的含义比较宽泛，这种不确定性容易引发歧义，增加理解上的难度。从概念上来说，容错是指服务器对于错误的容纳能力，是应用过程中对于服务器稳定性追求的一个目标。为了这样一个目标，有几种技术上的实现方法，目前国内谈论最多的是三种：服务器群集技术、双机冗余服务器方案和单机容错技术。 实际上，服务器群集和双机冗余的技术比较类似，双机冗余是最简单的集群，是其一个特例，也可以把服务器集群技术视为双机冗余的延伸，可以理解为一种多机容错的方案。在一般的讨论之中，集群技术是为了解决计算性能不足的问题，通过多台服务器的集群计算，为高性能计算领域应用提供所需要的高性能。采用集群技术，通过多台服务器之间的负载均衡，可以解决服务器单点故障所引发的系统不稳定，提高系统的可靠性，因此集群具有更好的容错能力，但是在实际的应用中，集群技术多用于高性能计算。 单机容错技术以Stratus公司的ftServer、惠普公司的NonStop服务器和NEC公司的Express5800/ft为代表。这种技术具有比双机冗余方案更高的容错能力。据记者查阅有关技术资料，双机冗余系统的可靠性可以达到99.9%，也就是3个9的能力，而Stratus公司的方案，其可靠性可以达到5个9。在记者的采访中，惠普公司企业服务器产品经理陈武胜表示，其NonStop服务器作为目前惠普公司最高档的服务器，其可靠性可以达到7个9 的水平。在记者看来，双机冗余与单机容错有很多的差异，绝不是3个9和5个9的区别。为了了解这些区别，记者分别采访了有关软硬件厂商，并结合实际的应用案例，帮助读者了解有关容错服务器的技术。 产品技术篇之一“没有错误”的容错服务器技术 单机容错技术是我们为了区别双机冗余技术对Stratus等容错服务器的称谓，但是在我的采访中，有关服务器厂商都不愿意采用这个称谓，他们更愿意采用容错服务器，因为单机只是一个表现形式，并不能准确表达其技术的特征。IDC资询师将这种技术称之为“没有错误”的容错服务器技术。 容错与同步技术 美国容错公司技术顾问高峰在接受记者采访时表示，容错服务器的技术并不难理解，计算机自诞生之日起，其系统结构并没有发生任何改变，仍然是冯诺依曼教授所提出的由运算器(CA)、控制器(CC)、存储器M和输入/输出装置所组成，而容错服务器的思路就是把所
分布式系统中容错技术导论
收稿日期:2004 07 14 作者简介:刘俊丽(1972 ),女,毕业于黑龙江大学计算数学及其应用软件专业,黑龙江省黑河学院计算机系讲师,从事计算机教学工作。 分布式系统中容错技术导论 刘俊丽 (齐齐哈尔大学黑河学院,齐齐哈尔164300) 摘 要 本文讲述的是分布计算系统出现部分失效的时候,系统应该能自动从失效中恢复过来,并且不会对整个系统的性能产生严重的影响。 关键词 分布式系统;故障;失效;容错 Abstract The article is abou t the fault tolerance that the system can recover from the crash automatically and won t have a serious influence on the function of the whole system. Key words the distribu ted system;the crash;the failure;the fault tolerance 中图分类号 TP392 文献标识码 A 文章编号 1008-0821(2004)10-0223-03 分布计算系统区别于单机系统的一个特点是在分布式系统中存在着部分失效的情况。当分布式系统某个部件出现问题的时候就发生了部分失效。虽然部分失效对分布式系统的性能有一定的影响,但同时,它应该不会影响分布式系统中整个应用程序的正确执行。相反,在单机系统中,如果系统中的一个关键部件出现问题,整个应用程序就无法继续执行。 分布计算系统的一个重要设计目标是当系统中出现部分失效的时候,系统应该能自动从失效中恢复过来,并且不会对整个系统的性能产生严重的影响。故此在这里我们讨论分布计算系统中的容错技术。 容错是计算机科学中一个重要的研究领域。首先介绍与故障处理有关的一些基本概念和分布计算系统中的故障模型。关于分布计算系统中容错的一些非常有用而详细的介绍可以参见文献[J ALOTE,1994]。 1 基本概念 分布计算系统应该是一个可信赖的系统(dependable system),容错是与可信赖系统紧密相联系的一个概念。分布计算系统的可信赖性(dependability )包括如下几个方面[KOPETZ,1993]: 1 1 可用性(availability) 可用性反映的是系统随时可被用户使用的特性。也就是说,在任何给定的时刻用户都可以使用此系统正确地执行用户给定的任务。 1 2 可靠性(reliability) 可靠性指的是在错误存在的情况下,系统持续服务的能力。尽管可靠性和可用性容易混淆,但它们并不是同一个概念。可靠性反映的是一段时间的特性,而可用性反映的是某个时刻的特性。高可靠性系统能够持续运行一个相当长的时间而不会中断。如果一个系统,每个小时都有并 且仅有1毫秒时间失效,那么它的可用性可达99 9999%,但是它仍然是一个高度不可靠的系统。同样地,如果一个系统从来不崩溃,但是在8月份中,有2个星期的假期需要关机,这个系统是高可靠性的系统,但是它的可用性只有96%。 1 3 安全性(safety) 安全性指的是在系统出现暂时错误的情况下,不出现灾难性后果的能力。例如核电厂的控制系统和宇宙飞船的控制系统要求具有很高的安全性。 1 4 可维护性(maintainability) 可维护性指的是系统一旦出现故障,系统易于修复的能力。高可维护性的系统意味着具有高的可用性。对于高可维护性系统来说,要求它具有自动检测错误和自动修复的能力。 1 5 保密性(security) 保密性要求系统资源不被非法用户访问。 系统失效指的是系统不能提供它所固有的服务功能。例如,分布式系统是为用户提供一系列服务的,但其中某一个服务或某些服务功能不能完全正确提供时,就说系统失效了。 一般来说,从错误的时间特性来看,错误可分为暂时性的(transient)、间歇性的(intermittent)和永久性的(per manent)。暂时性的错误一旦发生之后就会消失,当相关的操作重复执行之后,错误就消失了。间歇性的错误是一会儿出现,一会儿又消失的错误,这种错误是十分令人烦恼的一种错误,因为它十分难于诊断。永久性错误是一种持续性错误,这种错误一旦出现,将会长时间存在,直到出现错误的部件被修复为止。像集成芯片被烧坏、软件缺陷、磁盘磁头损坏等都是永久性错误。 223 2004年10月第10期October 2004No .10 现代情报 情报纵横
MIT计算流体力学
J.Peraire 16.07Dynamics Fall2004 Version1.1 Lecture D1-Introduction Introduction In this course we will study Classical Mechanics.Particle motion in Classical Mechanics is governed by Newton’s laws and is sometimes referred to as Newtonian Mechanics.These laws are empirical in that they combine observations from nature and some intuitive concepts.Newton’s laws of motion are not self evident.For instance,in Aristotelian mechanics before Newton,a force was thought to be required in order to maintain motion.A lot of the foundations for Newtonian mechanics were laid by Galileo at the end of the16th century.Newton,in the middle of the17th century stated the laws of motion in the form we know and use them today,and shortly after,he formulated the law of universal attraction.This led to a complete theory with which he was able to explain many observed phenomena,and in particular the motion of the planets.Nevertheless,these laws still left many unanswered questions at that time,and it was not until later years that the principles of classical mechanics were deeply studied and rationalized.In the eighteen century,there were many contributions in this direction,such as the principle of virtual work by Bernouilli, D’Alambert’s principle and the theory of rigid body dynamnics developed by Euler.In the nineteen century, Lagrange and later Poisson,Hamilton and Jacobi developed the so called analytical or rational mechanics and gave to the theory of Newtonian mechanics a much richer mathematical structure. Classical Mechanics has its limitations and breaks down where more modern theories such as relativity and quantum mechanics,developed in the twentieth century,are successful.Newtonian mechanics breaks down for systems moving at speeds comparable with the speed of light,and also fails for systems of dimensions comparable to the size of the atom.Nevertheless,for practical engineering applications Newtonian mechanics provides a very good model to represent reality,and,in fact,it is hard to?nd examples in our?eld where Newtonian mechanics is not adequate.The most notable perhaps are the relativistic corrections that need to be made for modelling satellite communications. In this lecture we will introduce Newton’s laws of motion and the law of Universal Attraction.Before doing so however,we will de?ne some of the terms which appear in these laws. Particles,Rigid Bodies and“Real Bodies” In this course real bodies will be idealized either as particles or as rigid bodies. 1