1、隨著網(wǎng)絡(luò)的普及以及數(shù)字化信息量的爆炸式增長，大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)正從“以計(jì)算為中心”向著“以信息處理為中心”轉(zhuǎn)變，傳統(tǒng)的集中式存儲(chǔ)服務(wù)由于其容量、性能、安全的限制，已很難滿足數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的需求。而分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，將數(shù)據(jù)分散到多臺(tái)獨(dú)立的設(shè)備上，采用可擴(kuò)展的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，從而適用于對(duì)數(shù)據(jù)的海量存儲(chǔ)。對(duì)于很多分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)的用戶而言，保證數(shù)據(jù)的安全性和可用性非常重要，特別在軍事、航空、銀行等領(lǐng)域，一旦有數(shù)據(jù)丟失或出錯(cuò)，會(huì)造成難以估量的損失。但分

2、布的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)未必永遠(yuǎn)可靠，存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的失效會(huì)導(dǎo)致相關(guān)數(shù)據(jù)的失效，當(dāng)前研究的容錯(cuò)技術(shù)正是在試圖解決這一問題。
　　 復(fù)制技術(shù)和檢查點(diǎn)技術(shù)是分布式環(huán)境中兩類常用的容錯(cuò)技術(shù)。復(fù)制技術(shù)將關(guān)鍵服務(wù)或軟件數(shù)據(jù)復(fù)制到一組計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行，當(dāng)某些節(jié)點(diǎn)失敗時(shí)，其他節(jié)點(diǎn)能正確運(yùn)行，從而達(dá)到屏蔽錯(cuò)誤，提高系統(tǒng)可靠性和可用性的目的。主動(dòng)復(fù)制和主從復(fù)制是常見的復(fù)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)形式。主動(dòng)復(fù)制下，所有復(fù)本節(jié)點(diǎn)同時(shí)響應(yīng)用戶的請(qǐng)求，節(jié)點(diǎn)的失效對(duì)用戶而言是透明的，具有系

3、統(tǒng)資源消耗多和恢復(fù)時(shí)間短的特點(diǎn)；主從復(fù)制下，節(jié)點(diǎn)被分為主節(jié)點(diǎn)和副本節(jié)點(diǎn)，主節(jié)點(diǎn)響應(yīng)用戶的請(qǐng)求，并將更新的信息傳送給副本節(jié)點(diǎn)，具有系統(tǒng)資源消耗少和恢復(fù)時(shí)間長的特點(diǎn)。檢查點(diǎn)技術(shù)則是在節(jié)點(diǎn)正常運(yùn)行中，將一些運(yùn)行信息寫入非易失存儲(chǔ)器，當(dāng)節(jié)點(diǎn)發(fā)生錯(cuò)誤重啟后，只需要付出較低的恢復(fù)代價(jià)就能夠卷回最近一次的正確狀態(tài)，從而減少恢復(fù)時(shí)的工作量。傳統(tǒng)的檢查點(diǎn)技術(shù)適用于應(yīng)對(duì)節(jié)點(diǎn)在更新操作中發(fā)生的失效。
　　 無論是主從復(fù)制技術(shù)還是檢查點(diǎn)技術(shù)，多數(shù)基于特

4、定假設(shè)，對(duì)系統(tǒng)環(huán)境施加了諸多限制，只適用于某些類型的分布式應(yīng)用。但現(xiàn)有的分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)，其運(yùn)行環(huán)境往往是復(fù)雜和變化的。根據(jù)應(yīng)用需求，不同時(shí)刻系統(tǒng)接收的讀、寫請(qǐng)求類型和請(qǐng)求頻率可能有較大變化；受軟件、硬件和操作者的影響，存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的故障發(fā)生頻率和持續(xù)時(shí)間也可能在不同時(shí)期呈現(xiàn)不同特征。對(duì)這類系統(tǒng)，單一、固定的容錯(cuò)技術(shù)往往難以適用。
　　 針對(duì)上述問題，本文融合主從復(fù)制技術(shù)和檢查點(diǎn)技術(shù)，提出了一種針對(duì)復(fù)雜可變存儲(chǔ)系統(tǒng)的自適應(yīng)容錯(cuò)協(xié)議，由

5、文件操作子協(xié)議、主從復(fù)制子協(xié)議和檢查點(diǎn)子協(xié)議三部分組成。協(xié)議一方面實(shí)現(xiàn)主從復(fù)制技術(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多機(jī)備份，以容忍存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的永久失效；另一方面，在主從復(fù)制的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)基于日志的檢查點(diǎn)設(shè)置和恢復(fù)功能，用于專門應(yīng)對(duì)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)執(zhí)行數(shù)據(jù)更新請(qǐng)求時(shí)發(fā)生的瞬時(shí)失效，減少在這種情況下用戶請(qǐng)求延時(shí)。協(xié)議預(yù)設(shè)了兩種容錯(cuò)模式和兩種恢復(fù)策略，分別是“主從復(fù)制容錯(cuò)模式”、“主從復(fù)制+檢查點(diǎn)容錯(cuò)模式”、“副本恢復(fù)策略”和“檢查點(diǎn)恢復(fù)策略”。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，通過采集

6、、預(yù)測(cè)讀寫請(qǐng)求類型來實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)模式動(dòng)態(tài)調(diào)整；根據(jù)節(jié)點(diǎn)失效類型和失效時(shí)請(qǐng)求執(zhí)行進(jìn)度來實(shí)現(xiàn)恢復(fù)策略的動(dòng)態(tài)調(diào)整。同時(shí)，協(xié)議還實(shí)現(xiàn)了根據(jù)系統(tǒng)特征對(duì)兩種容錯(cuò)模式中的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。
　　 論文在對(duì)自適應(yīng)容錯(cuò)協(xié)議進(jìn)行理論分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)和開發(fā)了一個(gè)支持節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)加入和退出的分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)，并將自適應(yīng)容錯(cuò)協(xié)議應(yīng)用于該系統(tǒng)，歸納了各子協(xié)議在多種系統(tǒng)特征下的表現(xiàn)。同時(shí)，將本文研究的協(xié)議和Navin容錯(cuò)協(xié)議進(jìn)行了比較，測(cè)試了存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)在發(fā)生瞬時(shí)失