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一种面向龙芯3A平台的软件模拟故障注入系统设计与实现

一种面向龙芯3A平台的软件模拟故障注入系统设计与实现

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作者：苏雄哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

近年来随着国产多核处理器技术的日益成熟，特别是龙芯系列处理器的研究深入，越来越多的场合开始使用国产多核处理器。这就要求国产多核处理器在可靠性、健壮性、稳定性方面进行深入研究。本文以此为目的对国产多核处理器可靠性展开研... 详细信息

近年来随着国产多核处理器技术的日益成熟，特别是龙芯系列处理器的研究深入，越来越多的场合开始使用国产多核处理器。这就要求国产多核处理器在可靠性、健壮性、稳定性方面进行深入研究。本文以此为目的对国产多核处理器可靠性展开研究。软件模拟故障注入技术是可靠性技术研究中其他技术的前置技术，对其研究具有重要启发意义。本文以龙芯3A多核处理器平台为评测平台，设计并实现了一种软件模拟故障注入系统。本文以龙芯3A硬件平台为起点，研究了龙芯3系列多核架构、GS464架构IP核、操作系统等技术。在此基础之上，根据经典的故障注入模型FARM，提出基于龙芯3A的故障模型LS3A-FARM故障模型。LS3A-FARM模型系统的根据龙芯3A架构特性有针对性的定义了故障集、激活集、回收集以及度量集。系统的阐述了故障集的四元组定义方式;激活集的工作负载设计原则;回收集的回收参数;度量集的衡量指标等内容。在定义了故障模型基础之上，本文进一步阐述了面向龙芯3A平台的软件模拟故障注入系统(LS3A-SWIFIS)的C/S架构设计与实现原理。在服务器端，围绕“故障集模型实现原理”以及“故障注入器设计与实现”两个点展开。故障集模型方面，具体的说明了实现如何将四元组转换为一次具体的故障注入;而故障注入器则详细的说明了如何使用PTRACE系统调用实现具体的故障注入。此外，服务器端设计还包括故障检测、故障日志记录、网络通信等技术的设计要点。而在客户端，则简单介绍了客户端与服务器通信的方式以及界面的设计原则。最后，本文通过LS3A-SWIFIS对龙芯3A进行了系统的评测。评测的主要指标包括：故障范围/有效性评测;故障分布与敏感性评测;性能评测等。故障范围/有效性评测了完成了LS3A-SWIFIS故障注入的可达范围的评测以及证明LS3A-SWIFIS的可用性;故障分布与敏感性评测阐明了不同注入位置对故障注入的敏感性以及故障注入后产生故障的分布情况;性能评测给出了故障注入对进程运行效率的影响。

关键词：软件实现故障注入龙芯3A 容错性能评测 MIPS

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面向云计算平台的虚拟机故障注入工具研究与设计

面向云计算平台的虚拟机故障注入工具研究与设计

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作者：冯刚哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

服务于大数据计算和海量数据存储的云计算平台，其搭建方式多为在硬件集群的基础上，采用虚拟机的形式提供单个计算节点，在做到虚拟节点高可用性运行，并在不同硬件主机之间实时迁移的同时，增大了设备资源的利用率。所以，虚拟化技术... 详细信息

服务于大数据计算和海量数据存储的云计算平台，其搭建方式多为在硬件集群的基础上，采用虚拟机的形式提供单个计算节点，在做到虚拟节点高可用性运行，并在不同硬件主机之间实时迁移的同时，增大了设备资源的利用率。所以，虚拟化技术和云计算有着密不可分的关系，虚拟化平台的稳定性将直接影响整个云计算平台的稳定性。所以在虚拟化环境投入使用前，一定要对其容错性能进行测试。对系统容错性能的评测多采用故障注入的形式。本文在研究了云计算和虚拟化平台的基础上，选择XEN作为虚拟化技术的代表，深入研究了面向XEN的故障注入技术和手段：如面向XEN半虚拟化的核心技术超级调用和事件通道设计了相应的故障注入工具;面向虚拟化最困难的部分，内存虚拟化和CPU虚拟化也设计了相应的容错性能测试工具;同时面向虚拟机管理功能，也开发了相应的测试工具。本文设计和开发的虚拟机故障注入工具集针对XEN虚拟化体系结构的各个层次，都有相应的测试工具。如面向XEN中0环的Hypervisor，有超级调用和事件通道故障注入工具，还有虚拟机VMM内存管理故障注入工具;面向XEN中1环的Guest OS内核，有内核内存故障注入工具和CPU寄存器故障注入工具;面向XEN中3环的Dom0管理程序，本文开发了相应的管理功能测试工具，进行虚拟机状态管理，迁移功能管理等方面的测试。本文用开源软件CloudStack搭建了一个IaaS云平台，并用XenServer作为主机Hypervisor提供虚拟化服务，在此实验环境下，利用本文实现的六种故障注入工具对XEN进行了全方位的测试。通过测试过程和结果，能够证明本文实现的故障注入工具可以有效工作。最后通过总结和分析测试结果，对XEN的各个方面进行了容错性能的评价。

关键词：云计算 XEN虚拟化故障注入容错性能评测

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高端容错计算机故障注入工具的设计与实现

高端容错计算机故障注入工具的设计与实现

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作者：王波哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

高端容错计算机是指同时具备高性能和高可用特性的高端服务器。高端容错计算机主要面向金融、电信等涉及到国家战略安全的关键领域的计算需求,此类系统的可靠运行直接关系到国家经济安全。高端容错计算机在软件,固件,硬件等多个层次上... 详细信息

高端容错计算机是指同时具备高性能和高可用特性的高端服务器。高端容错计算机主要面向金融、电信等涉及到国家战略安全的关键领域的计算需求,此类系统的可靠运行直接关系到国家经济安全。高端容错计算机在软件,固件,硬件等多个层次上设计了容错机制,在高端容错计算机研发过程中和投入使用前,必须进行容错性能的测试,一方面对生产厂商提供反馈意见,另一方面对容错性能进行评价。故障注入是评测容错性能最常用,也是最有效的方法。本文对如何运用故障注入方法评测容错性能进行了研究,主要解决故障注入模型的建立和故障注入工具的实现两个问题。以FARM这一经典故障注入模型为理论基础,本文构建了应用于高端容错计算机容错性能评测的故障注入模型,并对故障注入的实验策略进行了说明。在故障模型的指导下,实现了故障集中各种软硬件故障的注入,在应用层,系统层,内核层和驱动层等多个层次设计实现了一系列故障注入工具,形成了容错性能测试工具集。本文针对计算密集型,访存密集型和IO密集型三类典型应用场景,设计实现了3个故障注入工具:基于ptrace的应用进程寄存器故障注入工具,软件实现的物理地址内存故障注入工具,网络设备故障注入工具。这三个故障注入工具分别注入CPU故障、内存故障和IO故障。为了验证本文所实现的故障注入工具的有效性,也为了说明基于故障注入评测容错性能的过程,本文选择了两款安腾架构的高端容错计算机进行故障注入实验,针对Linux IA64、HP-UX和某国产容错操作系统三个操作系统进行了应用进程寄存器故障,应用进程内存故障,系统进程内存故障,内核内存故障和网络设备故障共5类故障注入测试。实验结果表明,本文所设计实现的故障注入工具的有效性,充分暴露了目标系统的各种缺陷与不足,而且能够支持多个架构和操作系统平台。通过对不同服务器和不同操作系统进行实验数据对比分析,能够对各系统的容错性能进行定性评价。

关键词：故障注入容错性能评测故障注入模型安腾架构

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