第8章高级操作系统容错性要点
容错性
故障系统的协议(3)
两个忠诚将军和一个叛徒的问题
可靠的C-S通信
RPC系统失败的五种情况： • 客户不能定位到服务器 • 客户到服务器的请求消息丢失：使用定时器 • 服务器在收到请求后崩溃
– 最少一次语义： 再次尝试操作，将应答传给用户，RPC最少执行一次 – 最多一次语义： 放弃并报告失败，RPC最多执行一次
• 复制进程，用一个容错的进程组来代替一个脆弱的 进程 • 需要多少复制?
– 如果系统能经受K个组件的故障而且能满足规范的要求,被 称为K容错的 – 如果组件是失败沉默的，具有K+1个组件即可 – 如果组件发生拜占庭错误（ Byzantine fault ），继续错 误运行，则至少需要2K+1个组件才能获得K容错 – 拜占庭错误：在非失败沉默模型下，一个有故障的进程可 能会对其它进程发出干扰消息，从而影响这些进程的正常 工作。 – 拜占庭错误是所有故障类型中最严重的
• 虚拟同步 • 消息排序 • 实现虚拟同步
虚拟同步 Virtual Synchrony (2)
虚拟同步： •保证多播到组视图的消息被传送给组中的每个正常进程 •如果发送消息的进程在多播期间失败，则消息或者传递给剩余的所有进程， 或者被每个进程忽略 •所有多播都在视图改变之间进行
虚拟同步多播的原理
– 接收者不反馈，只有通知消息丢失时反馈一消息 • 不能保证永远不发生反馈拥塞 • 发送者需要一直在缓存器中保留消息 – 无等级的反馈控制 – 分等级的反馈控制
无等级的反馈控制
Nonhierarchical Feedback Control
反馈抑制：几个接收者要发送重发请求，但是第一个重发请求抑制了其他的请求。 具有很好的可扩展性 问题： •需要每个接收者对反馈消息进行准确的调度，否则还会有多个接收者同时反馈 •中断其他成功接收消息的进程
容错的技巧
容错的技巧
在软件开发中，容错是指在面对异常情况时，系统能够恰当地处理或恢复，以避免严重影响系统的正常运行。
下面是一些常见的容错技巧：
1. 异常处理：使用try-catch语句块来捕获和处理异常，确保程序在异常发生时能够继续运行，并提供适当的错误提示信息。
2. 输入校验：对用户的输入进行校验或过滤，防止恶意输入或错误输入导致系统崩溃或异常。
3. 数据备份与恢复：定期进行数据备份，并保证能够恢复数据到之前的状态。
这样即使出现系统故障或数据丢失，也能够迅速恢复。
4. 事务处理：将操作划分为事务，确保一组相关的操作要么全部成功，要么全部失败。
如果某个操作失败，则可以回滚到之前的状态。
5. 冗余与负载均衡：使用冗余系统和负载均衡机制来确保即使某个节点或服务器故障，系统仍能够正常运行。
6. 监控与日志记录：监控系统运行状态，及时检测到异常，并记录相关日志，方便排查问题和诊断故障。
7. 自动恢复与重试：当系统出现故障或服务不可用时，可以自动尝试重启服务或重新连接，并进行一些自动修复操作。
8. 异步处理：将耗时的任务或操作异步化，使系统能够保持高响应性，并避免因单个任务的失败而影响整个系统的性能。
9. 限流与熔断：通过设置访问频率限制或异常请求阈值，防止系统被恶意攻击或异常流量所压垮。
10. 预防性措施：在开发阶段就进行代码质量评估和安全评估，避免潜在的漏洞和问题的产生，减少出错的机会。
这些容错技巧可以帮助系统在面对异常情况时能够保持可用性，并确保数据的安全和一致性。
计算机操作系统的容错性与可靠性分析
计算机操作系统的容错性与可靠性分析在当今信息技术高速发展的时代，计算机操作系统是支撑各种应用的核心基础软件，其容错性和可靠性成为保障计算机系统正常运行的重要因素之一。
本文将对计算机操作系统的容错性与可靠性进行深入分析，探讨其相关概念、重要性以及实现方法。
一、容错性与可靠性的概念与重要性1. 容错性的概念与重要性容错性是指在计算机系统出现部分故障时，仍能保证系统的稳定性和可用性的能力。
当计算机操作系统在面对硬件故障、软件错误或恶意攻击等异常情况时，如果能够自动检测并纠正错误，或者通过备份和冗余机制进行自动切换和恢复，就可以体现出良好的容错性。
容错性的重要性在于，它能够降低系统崩溃的风险，提高系统的可用性和稳定性，从而保障用户的数据安全和业务的连续性运行。
2. 可靠性的概念与重要性可靠性是指计算机操作系统在长时间运行中保持稳定性和可用性的能力。
一个可靠的操作系统应该能够在面对大量用户并发访问、繁重的计算任务和复杂的网络环境等多种挑战下依然能够正常运行。
可靠性的重要性在于，它直接关系到系统是否能够提供高性能和高效率的服务，同时也影响到用户对操作系统的信任度和满意度。
二、计算机操作系统的容错性实现方法1. 错误检测与纠正为了实现容错性，计算机操作系统通常会引入各种错误检测和纠正机制。
例如，利用校验码和冗余校验等技术可以检测和纠正数据传输过程中的误码，减少传输错误的可能性；利用进程监控和心跳机制可以检测到进程的异常行为，并及时采取相应的纠正措施。
2. 备份与冗余备份与冗余技术是提高操作系统容错性的重要手段之一。
通过建立备份系统或者使用冗余的硬件设备，当主系统出现故障时，备份系统或冗余设备可以立即切换并接管工作，保证用户服务的连续性。
常见的备份与冗余技术包括备份服务器、热备份、冗余数组等。
3. 异常处理与恢复操作系统应该具备快速检测和处理异常情况的能力，及时恢复正常状态。
当系统发生异常时，操作系统可以通过调整资源分配、重启服务进程或者执行特定的容错算法来进行恢复。
分布式系统之10、容错性
3、组成员治理
根本问题 参加与离开组 成员故障处理
使用组治理效劳器〔集中式 方法〕
全部进程要参加或者离开组 都向它申请
优点：直接，高效，易于实 现
缺点：单一失败点
分布式方法 进程参加和离开组需要给全部
成员发恳求，共同作出打算 当成员发生故障崩溃时，需要
通过一些协议来重建组
三、牢靠的点对点通信与容错
分布式系统通信的牢靠性设计的重点在于掩盖 崩溃性故障 遗漏性故障 随便性故障—通过重复消息的形式排解。 对于点到点通信，如TCP通信，崩溃性故障只能
由分布式系统重新建立连接。
1、RPC通信失败
在RPC调用中，有5种失败形式： 客户不能定位效劳器 客户到效劳器的恳求消息丧失 效劳器在收到恳求之后崩溃 从效劳器到客户的响应消息丧失 客户在发送恳求之后崩溃
服务器可能在随意的时间产生随意的响应
3、使用冗余掩盖故障
分布式系统容错的目的 对其他进程或客户隐蔽故障〔故障透亮性〕 容错手段：使用冗余掩盖故障 三种冗余方法： 信息冗余：添加额外的位以使错误的位恢复。 时间冗余：屡次重复一个操作，适合临时性或间歇性故
障。 物理冗余：物理上添加备份
二、分布式系统的进程容错
第七章 容错性
一、容错性简介
根本概念 故障 使用冗余掩盖故障
1、根本概念
容错即意味着系统能在故障发生的状况下连续供给效劳。 几个相关概念 可用性：系统可以工作，即可被使用 牢靠性：指系统可以无故障地持续运行 安全性：系统在偶然消失故障的状况下可以正确操作而
不会造成任何灾难。 可维护性：系统发生故障后，恢复的难易程度
失反响后不再向发送者发送丧失反响 保证了可扩展性
无等级反响的实际应用中还是有困难： 首先要确保只有一个重发恳求发送到发送者，需
系统容错设计
系统容错设计
系统容错设计是指在系统设计阶段考虑到系统可能出现故障的
情况，并采取相应的措施保障系统的可靠性和稳定性。
在实际应用中，系统容错设计是非常重要的，因为系统故障不仅会影响用户体验，还可能导致数据丢失、安全问题等后果。
系统容错设计的主要内容包括以下几个方面：
1.备份和恢复：建立数据备份机制，及时备份数据，以防出现数据丢失等情况。
同时，要建立恢复机制，在系统出现故障时能够及时恢复数据和系统状态。
2.故障检测与预警：建立故障检测机制，实现对系统的实时监控和预警，及时发现故障并采取相应措施。
3.负载均衡：在系统设计时考虑到负载均衡问题，合理分配系统资源，避免单个节点负载过高而导致系统故障。
4.异常处理：制定异常处理策略，针对不同类型的异常情况，采取不同的应对措施，及时解决异常问题。
系统容错设计是保障系统稳定性和可靠性的重要手段，需要在系统设计的各个环节中充分考虑到容错机制的实现，确保系统能够在各种异常情况下保持正常运行。
- 1 -。
容错机制的三个标准
容错机制的三个标准随着网络和信息技术的不断发展，各种应用程序的规模和复杂度也在逐步增加。
在这样的背景下，容错机制越来越成为软件系统设计中不可或缺的组成部分。
容错机制的作用是在不可避免的错误和故障情况下，保障系统的可靠性、稳定性和可用性。
在本文中，我们将介绍容错机制的三个标准，分别是容忍度、可检测性和适应性。
一、容忍度容忍度是指系统在发生错误或故障时，能够继续正常运行的能力。
容忍度可以分为两种，一是硬件容错，二是软件容错。
硬件容错是指在硬件出现故障时，系统仍能够正常工作。
例如，服务器集群中，某个服务器出现故障后，其他服务器仍可正常运行，从而保证了系统的稳定性和可靠性。
软件容错则是系统在软件出现错误或异常时，仍能够保证运行的稳定和可靠。
例如，操作系统的错误处理机制、数据库备份和恢复机制、日志记录和回滚机制，都是常见的软件容错机制。
软件容错机制的设计需要考虑到系统的复杂性、可靠性和可维护性等因素。
二、可检测性可检测性是指系统在发生错误或故障时，能够及时检测出来并进行处理。
可检测性的实现需要依赖于系统的监控机制、日志记录和报警机制等。
例如，系统监控机制可以实时监控系统的状态和性能，检测出异常情况并及时作出反应。
日志记录机制可以记录系统的运行情况和错误信息，便于诊断和排除错误。
报警机制可以通过短信、邮件等方式通知系统管理员或维护人员，及时采取措施。
可检测性对于系统的稳定性和可靠性来说至关重要。
如果系统出现错误或故障时，不能及时检测出来并处理，可能会导致系统的进一步恶化，最终影响用户的体验和满意度。
三、适应性适应性是指系统在发生错误或故障时，能够根据实际情况做出相应的调整和处理。
适应性需要系统具备自我调节、自我配置和自我修复的能力。
例如，当服务器负载过高时，系统可以自动调整资源分配，以平衡负载。
当网络通信出现故障时，系统可以自动切换到备用通信线路。
适应性机制的实现需要考虑到系统的可扩展性、可配置性和灵活性等因素。
计算机操作系统(第四版)1-8章-课后答案(全)
计算机操作系统(第四版)1-8章-课后答案(全)第四版计算机操作系统课后答案第一章1. 操作系统的定义操作系统是一种软件，它管理着计算机系统的硬件和软件资源，并为用户和应用程序提供接口，以方便他们的使用。
2. 操作系统的功能操作系统具有以下功能：- 进程管理：负责创建、执行和终止进程，并管理它们的资源分配。
- 存储管理：管理计算机系统的内存资源，包括内存分配、虚拟内存和页面置换等。
- 文件系统管理：管理计算机系统中的文件和文件夹，包括文件的存储、读写和保护等。
- 设备管理：负责管理计算机系统中的各种设备，如打印机、键盘和鼠标等。
- 用户接口：提供用户与计算机系统进行交互的接口，如命令行界面和图形用户界面。
3. 操作系统的类型操作系统可以分为以下类型：- 批处理操作系统：按照一系列预先定义的指令集来运行任务。
- 分时操作系统：多个用户可以同时使用计算机系统。
- 实时操作系统：对任务的响应时间要求非常高，用于控制系统和嵌入式系统。
- 网络操作系统：支持多台计算机之间的通信和资源共享。
- 分布式操作系统：在多台计算机上分布式地管理和调度任务。
第二章1. 进程与线程的区别进程是计算机系统中正在运行的程序实例，而线程是进程内的一个执行单元。
进程拥有独立的地址空间和资源，而线程共享进程的地址空间和资源。
多个线程可以在同一进程内并发执行，从而提高系统的效率和资源利用率。
2. 进程的状态转换进程可以处于以下状态：- 创建状态：进程正在被创建。
- 就绪状态：进程准备好执行，等待分配CPU资源。
- 运行状态：进程占用CPU资源执行。
- 阻塞状态：进程等待某种事件发生。
- 终止状态：进程完成执行或被终止。
3. 进程调度算法操作系统使用进程调度算法来决定哪个进程应该被执行。
常见的调度算法有：- 先来先服务（FCFS）调度算法：按照进程到达的顺序进行调度。
- 最短作业优先（SJF）调度算法：选择运行时间最短的进程进行调度。
操作系统(1~8章的课后习题答案)
1.1：存储程序式计算机的主要特点是：集中顺序过程控制（1）过程性：模拟人们手工操作（2）集中控制：由CPU集中管理（3)顺序性：程序计数器1.2：a:批处理系统的特点：早期批处理有个监督程序，作业自动过渡直到全部处理完，而脱机批处理的特点：主机与卫星机并行操作。
b:分时系统的特点：（1）：并行性。
共享一台计算机的众多联机用户可以在各自的终端上同时处理自己的程序。
（2）：独占性。
分时操作系统采用时间片轮转的方法使一台计算机同时为许多终端上同时为许多终端用户服务，每个用户的感觉是自己独占计算机。
操作系统通过分时技术将一台计算机改造为多台虚拟计算机。
（3）：交互性。
用户与计算机之间可以进行“交互会话”，用户从终端输入命令，系统通过屏幕（或打印机）将信息反馈给用户，用户与系统这样一问一答，直到全部工作完成。
c：分时系统的响应比较快的原因：因为批量操作系统的作业周转时间较长，而分时操作系统一般采用时间片轮转的方法，一台计算机与许多终端设备连接，使一台计算机同时为多个终端用户服务，该系统对每个用户都能保证足够快的响应时间，并提供交互会话功能。
1.3：实时信息处理系统和分时系统的本质区别：实时操作系统要追求的目标是：对外部请求在严格时间范围内做出反应，有高可靠性和完整性。
其主要特点是资源的分配和调度首先要考虑实时性然后才是效率。
此外，实时操作系统应有较强的容错能力，分时操作系统的工作方式是：一台主机连接了若干个终端，每个终端有一个用户在使用。
用户交互式地向系统提出命令请求，系统接受每个用户的命令，采用时间片轮转方式处理服务请求，并通过交互方式在终端上向用户显示结果。
用户根据上步结果发出下道命。
分时操作系统将CPU 的时间划分成若干个片段，称为时间片。
操作系统以时间片为单位，轮流为每个终端用户服务。
每个用户轮流使用一个时间片而使每个用户并不感到有别的用户存在。
分时系统具有多路性、交互性、“独占”性和及时性的特征。
计算机操作系统第八章-磁盘存储器的管理
第八章磁盘存储器的管理第一节文件的物理结构和外存的分配方式一、概述磁盘是一种可直接存取的随机存储器(这一点与内存相似)，一个逻辑盘可以看作一片连续的存储空间。
确定外存空间的分配方式(组织文件的物理结构)主要考虑：提高文件的访问速度、有效地利用外存空间。
常用的外存分配方法有：连续分配、链接分配、索引分配。
二、磁盘存储空间的结构磁盘说明图1盘块(扇区)是磁盘上的最小存储分配单位，每个盘块有唯一编号；地址是：磁道(柱面)号+扇区号+盘面号；从盘块编号到地址的转换由硬件完成，在OS中一个盘块的地址就是盘块编号。
一般一个盘块的大小与内存分页中页(内存块)的大小一致，一页存放到一个盘块中。
三、连续分配1、思想方法为每个文件分配一组位置相邻接的盘块(磁盘上的地址连续/盘块编号连续的盘块)，文件中的逻辑页被顺序地存放到邻接的各物理盘块中。
这保证了文件中的逻辑顺序与文件占用盘块顺序的一致性。
这样物理结构的文件称为顺序文件；每个文件都从分配给它的一个盘块的第一个字节开始存放。
文件地址：在文件的目录中，存放该文件的第一个记录所在的盘块号和文件的长度(共占多少块)。
1230567491011813141512171819162122232025262724list29303128mailcountfile start length coun t 02tr 143mail 196list 284f62????tr f图 8-1 磁盘空间的连续分配2、优缺点◆存取容易，存取速度较快；◆必须事先知道文件的长度，不利于文件的动态增长； ◆存放一个文件要求足够大的连续存储空间； ◆存储空间的管理存在“碎片”问题，须定时整理。
四、链接分配1、思想方法：为每个文件分配一组位置离散的盘块，每个盘块中存放文件的一个逻辑页；通过给每个盘块设置一个指针，将属于同一个文件的盘块链接在一起，链接的顺序和文件的逻辑页的顺序一致。
这样物理结构的文件称为链接文件。
如何进行容错和恢复的最佳实践
如何进行容错和恢复的最佳实践容错和恢复是系统设计和运维中的重要环节，是确保系统能够持续稳定运行的关键。
本文将介绍容错和恢复的最佳实践，包括设计原则、关键技术和实际案例。
一、容错和恢复的设计原则1.高可用性：系统应具备高可用性，即在故障发生时能够快速切换或自动修复，确保业务连续运行。
2.容错性：系统应具备容错性，即在单个组件或节点发生故障时，不影响整个系统的正常运行。
3.数据一致性：系统应保证数据的一致性，即在进行故障切换或恢复时，数据不会丢失或出现不一致的情况。
4.快速恢复：系统应能够快速进行自动或手动恢复，减少对业务的影响和损失。
5.容量规划：通过合理的容量规划，避免系统因为负载过大而导致故障发生。
6.监控和告警：及时监控系统的健康状态，及时发出告警，以便及时采取响应措施。
二、容错和恢复的关键技术1.数据备份和复制：通过定期备份数据、采用分布式存储、数据复制等方式，保证数据不会因单点故障而丢失。
2.冗余设计：通过设计冗余节点和冗余组件，当某个节点或组件发生故障时，可以切换到备用节点或组件，保证系统正常运行。
3.故障切换：通过设计故障切换机制，当某个节点或组件发生故障时，可以自动切换到备用节点或组件，无需人工干预。
4.异地容灾：将系统部署在不同地理位置，确保当某个地区或设备发生故障时，能够切换到其他地区或设备。
5.自动化运维：通过自动化运维工具，实现自动监控、自动告警和自动修复，减少人工操作和提高响应速度。
三、容错和恢复的实际案例1.云计算平台容错和恢复：云计算平台通常采用虚拟化技术和分布式存储技术，具备高可用性和容错性。
当某个物理节点发生故障时，平台会自动将虚拟机切换到其他节点，保证虚拟机的正常运行。
2.数据库容错和恢复：数据库通常采用主从复制的方式保证数据的一致性和容错性。
主数据库负责写入和更新操作，而从数据库负责读取操作。
当主数据库发生故障时，可以切换到备用的从数据库，保证业务的连续性。
3.分布式文件系统容错和恢复：分布式文件系统通常采用数据分片和冗余存储的方式，保证数据的完整性和可用性。
计算机操作系统(第4版)汤小丹-第8章
访问频率。
数据的一致性。
2.置换算法
01
04
02
03
8.3.2 提高磁盘I/O速度的其它方法 能有效地提高磁盘I/O速度的方法还有许多，如提前读、延迟写等，现介绍如下：
提前读
延迟写
优化物理块的分布
可靠性高，除了RAID 0级外，其余各级都采用了容错技术。当阵列中某一磁盘损坏时，并不会造成数据的丢失。此时可根据其它未损坏磁盘中的信息来恢复已损坏的盘中的信息。其可靠性比单台磁盘机高出一个数量级。
只读光盘驱动器CD-ROM和DVD-ROM。
8.5.1 事务
01
事务的定义 事务是用于访问和修改各种数据项的一个程序单位。事务也可以被看做是一系列相关读和写操作。
02
由于一组被事务Ti修改的数据以及它们被修改前和修改后的值都能在事务记录表中找到，因此，利用事务记录表系统能处理任何故障而不致使故障造成非易失性存储器中信息的丢失。恢复算法可利用以下两个过程：
01
do〈Ti〉。该过程能把所有被事务Ti修改过的数据设置为新值。
03
do〈Ti〉。该过程把所有被事务Ti修改过的数据恢复为修改前的值。
02
3.恢复算法
目前常用的外存有哪几种组织方式?
由连续组织方式所形成的顺序文件的主要优缺点是什么? 它主要应用于何种场合?
在链接式文件中常用哪种链接方式? 为什么?
8.4.3 基于集群技术的容错功能
双机热备份模式 如图8-15所示，在这种模式的系统中，备有两台服务器，两者的处理能力通常是完全相同的，一台作为主服务器，另一台作为备份服务器。
A
B
固定硬盘驱动器。
移动磁盘。
2.硬盘
计算机操作系统课后答案第八章到完
计算机操作系统课后答案第八章到完计算机操作系统课后答案(第八章到完)2010年09月17日星期五07：41第九章1.磁盘访问时间由哪几部分构成?每部分时间应如何估算?磁盘访问时间包括以下三个部分：(1)寻道时间Ts，指把磁臂从当前位置移动到指定磁道上所经历的时间。
该时间是启动磁盘的时间s与磁头移动n条磁道所花费的时间之和，即Ts=m×n+s。
其中m是一常数，与磁盘驱动器的速度有关。
(2)旋转延迟时间Tr，是指定扇区旋转到磁头下面所经历的时间。
(3)传输时间Tt，指把数据从磁盘读出或向磁盘写入数据所经历的时间，其与每次所读/写的字节数bytes及旋转速度r有关，具体为Tt=bytes/(r×bytesPerTrack)，其中bytesPerTrack为一条磁道上的字节数。
当一次读/写的字节数相当于半条磁道上的字节数时，Tt与Tr相同，也即Tr=1/2r。
因此可将访问时间Ta表示为：Ta=Ts+1/2r+bytes/(r×bytesPerTrack)。
2.目前常用的磁盘调度算法有哪些?每种算法优先考虑的问题是什么?目前常用的磁盘调度算法包括：(1)先来先服务调度算法FCFS。
根据进程请求访问磁盘的先后次序进行调度，其优点是公平、简单且每个进程的请求都能依次得到处理，不会出现某一进程的请求长期得不到满足的情况，但寻道时间可能较长。
(2)最短寻道时间优先调度算法SSTF。
选择所要求访问磁道与磁头当前所在磁道距离最近的进程优先调度，但其并不能保证平均寻道时间最短。
本算法具较好的寻道性能，但可能导致进程饥饿现象。
(3)扫描算法SCAN(又称为电梯调度算法)，对最短寻道时间优先调度算法略加修改而形成。
不仅考虑欲访问磁道与磁头当前所在磁道的间距，更优先考虑的是磁头当前移动的方向既能获得较好的寻道性，又能防止进程饥饿，广泛用于大、中、小型机及网络中。
扫描算法存在的问题是：当磁头刚从里到外移动过某一磁道时，恰有一进程请求访问此磁道，该进程必须等待，待磁头从里向外，然后再从外向里扫描完所有要访问的磁道后，才处理该进程的请求，致使该进程的请求被严重推迟。
容错机制知识点总结
容错机制知识点总结一、引言在计算机系统中，容错机制是指系统在面对错误或异常情况时能够继续正常运行或提供可预测的响应能力。
容错机制在计算机系统设计中起着重要的作用，能够保证系统的可靠性和稳定性。
本文将对容错机制的相关知识点进行总结，包括容错的定义、常见容错机制、容错技术以及容错系统的设计原则等内容。
二、容错机制的定义容错机制是指在面对错误或异常情况时系统能够继续保持运行或提供可预测的响应。
其目的是确保系统在面对错误或异常情况时不会因此而崩溃或表现出不受控制的行为。
容错机制的设计目标是提高系统的可用性和可靠性，减少错误对系统造成的影响。
三、常见容错机制1. 容错检测容错检测是指系统通过监测和检查来发现故障或错误，从而采取相应的措施来处理。
常见的容错检测技术包括硬件检测、软件检测、数据检测和通信检测等。
硬件检测是通过硬件设备来监测系统的状态和错误，例如通过监测硬件设备的电压、温度、时钟等来检测错误。
软件检测是指通过软件程序来监测系统的状态和错误，例如通过检测软件程序的运行状态和输出结果来检测错误。
数据检测是指通过监测和检查系统的数据来检测错误，例如通过数据校验和冗余数据来检测错误。
通信检测是指通过监测系统之间的通信和交互来检测错误，例如通过监测数据包的传输和接收来检测错误。
2. 容错恢复容错恢复是指系统在发生错误或异常情况后能够自动恢复至正常状态，并且保持系统的稳定性和可用性。
常见的容错恢复技术包括重启恢复、数据恢复和状态回滚等。
重启恢复是指系统在发生错误或故障后能够自动重启并从错误中恢复正常状态。
数据恢复是指系统在发生数据丢失或损坏时能够自动从备份数据中恢复。
状态回滚是指系统在发生错误或异常情况后能够回滚至上一个稳定状态，以确保系统的稳定性和一致性。
3. 容错掩盖容错掩盖是指系统在面对错误或异常情况时能够隐藏或减轻错误对系统造成的影响，从而保持系统的正常运行或提供可预测的响应。
常见的容错掩盖技术包括错误屏蔽、错误预防和错误修复等。
容量规划中的容错设计与故障处理方案(系列八)
容量规划中的容错设计与故障处理方案在当今数字化、信息化的背景下，各种企业和组织对于计算机系统和数据中心的可靠性要求越来越高。
容量规划作为一个重要的管理活动，需要充分考虑容错设计和故障处理方案。
本文将讨论容量规划中的容错设计以及如何制定有效的故障处理方案。
一、容错设计的重要性及思考要素容错设计是指在计算机系统和数据中心的构建过程中，为了提供高可用性和可靠性而采取的一系列措施。
它能够降低系统的故障率，提升故障恢复能力，从而保障系统的稳定运行。
容错设计可以从多个方面考虑，主要包括以下几个要素：1. 双重系统冗余：在关键的系统和设备上，采用双重冗余设计能够实现备份和切换功能。
比如，服务器可以配置主备模式，当主服务器出现故障时，备用服务器能够自动接管工作，保障系统的连续性。
2. 数据备份与恢复：数据是企业的核心资产，因此必须进行定期备份，并建立可靠的数据恢复机制。
常用的备份策略包括完全备份、增量备份和差异备份等。
此外，还要定期测试数据恢复流程，保证在故障发生时能够及时恢复数据。
3. 网络冗余设计：当数据中心发生网络故障时，冗余网络设计能够避免系统单点故障，确保数据传输的连续性。
可以采用多条物理路径、多个网络设备等方式来实现网络的冗余。
4. 供电和供电管理：合理的供电设计可以避免断电造成的系统崩溃和数据丢失。
在设计数据中心时，应充分考虑供电系统的冗余性和稳定性，以及合理的供电管理策略。
二、制定有效的故障处理方案故障处理方案是指针对故障事件的处理流程和操作规范。
一个有效的故障处理方案应包括以下几个方面的内容：1. 故障排查流程：明确的故障排查流程有助于快速定位问题和准确判断故障原因，进而采取相应的处理措施。
排查流程应包括记录故障现象、分析可能原因、逐步缩小范围和验证假设等步骤。
2. 紧急响应团队：应组建一支专门负责应对紧急故障的团队，包括技术人员、运维人员和安全人员等。
团队成员应具备相应的技术和应急处理能力，能够迅速响应故障事件，并配合其他部门进行处理工作。
系统容错与恢复机制
1.随着云计算、大数据、人工智能等技术的快速发展，容错技术将更加注重智能化和自适应化 。 2.容错技术将与网络安全技术相结合，提高系统的网络安全性和可靠性。 3.未来，容错技术将更加注重节能和环保，推动绿色计算和可持续发展。
系统容错与恢复机制
恢复机制：应对故障，快速恢复服务
恢复机制：应对故障，快速恢复服务
系统容错与恢复机制
案例分析：实际场景中的容错与恢复
案例分析：实际场景中的容错与恢复
▪ 分布式系统容错
1.分布式系统因其去中心化的结构，故障难以避免，因此容错机制的设计至关重要。 2.通过副本一致性协议，如Raft和Paxos，可以确保系统在故障发生时，数据的一致性和可用 性。 3.分布式系统的容错设计需要考虑网络分区和延迟等因素，确保系统在复杂环境下的稳定性。
系统容错与恢复机制
设计原则：构建高效容错与恢复系统
设计原则：构建高效容错与恢复系统
冗余设计
1.增加系统组件冗余：通过增加系统组件的冗余，可以在组件发生故障时，保证系统的正常运行， 提高系统的容错能力。 2.负载均衡：通过负载均衡技术，可以将系统负载均匀分配到各个组件上，避免部分组件过载，提 高系统的稳定性和容错能力。 3.热备份与冷备份：通过热备份技术，可以在主系统发生故障时，立即切换到备用系统，保证系统 的连续运行。冷备份则可以用于数据的恢复和系统的重建。
1.云计算环境中，虚拟机和容器的故障可能导致服务中断，因此需要设计相应的容 错机制。 2.通过动态资源调度和负载均衡，可以在故障发生时，快速重新分配资源，确保服 务的连续性。 3.云计算环境中的容错设计需要考虑多租户的安全隔离，防止故障在租户间传播。
▪ 大数据处理系统的容错与恢复
操作系统第八章课后习题
1.目前常用的外存有哪几种组织方式?答；(1)连续组织方式。
为每一个文件分配--组位置相邻接的盘块，由此形成的文件物理结构是顺序式的文件结构。
(2)链接组织方式。
为每个文件分配一组位置离散的盘块，通过给每个盘块设置一个指针，将属于同-一个文件的盘块链接在一起，链接的顺序和文件的逻辑页的顺序一致。
由此形成的文件物理结构是链接文件。
(3)索引组织方式。
为每个文件分配--组位置离散的盘块，为每个文件建立一个物理结构的索引表，记录分配给该文件的物理盘块，以及这些盘块和文件逻辑页顺序的对应关系。
由此形成的文件物理结构是索引文件。
2 •山连续组织方式所形成的顺序文件的主要优缺点是什么？它主要应用于何种场合？(1)连续组织方式所形成的顺序文件的主要优点①顺序访问容易②顺序访问速度快(2)连续组织方式所形成的顺序文件的主要缺点①要求为一个文件分配连续的存储空间②必须事先知道文件的长度;③不能灵活地删除和插入记录④对于那些动态增长的文件，山于事先很难知道文件的最终大小，因而很难为分配空间，而即使事先知道文件的最终大小，在采用预分配存储空间的方法时也会使大量的存储空间长期空闲。
(3)主要适用场合:连续组织方式所形成的顺序文件是一种最简单、最常用的文件组织方法，它适用于许多资料处理的场合，如磁带文件，打印文件都是常用的顺序文件。
3.在链接式文件中常用哪种链接方式?为什么？答:链接方式分为隐式链接和显式链接两种形式。
隐式链接是在文件U录的每U 录项中，都含有指向链接文件第一个盘块和最后一个盘块的指针。
显式链接贝把用于链接文件各物理块的指针，显式地存放在内存的一张链接表中。
4•在文件分配表中为什么要引入“簇”的概念？以“簇"为基本的分配单位有什么好处？(1)引入“簇”的原因：为了适应磁盘容量不断增大的需要，在进行盘块分配时不再以盘块而是以簇(Cluster)为基本单位。
一个簇应包含扇区的数量与磁盘量的大小直接有关。
容错与异常处理
容错与异常处理在计算机科学领域中，容错与异常处理是非常重要的概念。
在编写程序时，我们必须考虑到可能发生的错误和异常情况，并采取适当的措施来处理这些情况，以确保程序能够正常运行并提供准确可靠的结果。
本文将探讨容错与异常处理的概念、原则和方法。
一、容错的概念和意义容错是指在系统或程序执行过程中，能够检测到错误和异常情况，并能够进行相应的处理，以防止系统崩溃或数据丢失。
容错的目的是增强系统的可靠性和稳定性，提高用户的使用体验。
当系统在面对错误和异常时能够自动进行处理，用户不会感到困惑或受到不必要的干扰，从而确保系统的可用性和效率。
二、异常处理的原则1. 鲁棒性：程序应具有良好的鲁棒性，能够正常处理各种异常情况。
程序应该能够适应不同的输入和操作，防止因为一些小错误而导致整个程序崩溃或出现未知结果。
2. 兼容性：不同操作系统、不同硬件环境下的异常处理应保持一致。
为了提高程序的可移植性和兼容性，异常处理应该遵循通用的原则和方法，而不是针对特定的平台或环境进行设计。
3. 可读性：异常处理的代码要具备良好的可读性，便于程序员理解和调试。
使用有意义的异常处理标识符和注释，以及清晰简洁的代码结构，可以提高代码的可读性和可维护性。
三、常见的异常处理方法1. 异常捕获与处理：使用try-catch语句块来捕获异常，并根据异常类型进行相应的处理。
可以捕获特定类型的异常，并在catch块中编写相应的处理代码。
同时，可以使用finally块来执行无论是否出现异常都需要执行的代码。
2. 异常抛出与传递：当在当前函数无法处理异常时，可以将异常抛出给调用者进行处理。
通过使用throw关键字，可以将异常抛出，并在调用栈中一层层传递，直到找到能够处理该异常的地方为止。
3. 异常日志记录：为了方便调试和排查异常，可以采用日志记录的方式来记录异常信息。
通过记录详细的异常信息和上下文相关的数据，可以帮助程序员追踪异常的发生原因，并进行相应的修复和优化。
容错纠错机制的注意事项
容错纠错机制的注意事项容错纠错机制是现代计算机系统中非常重要的一部分，它可以提高系统的稳定性和可靠性。
在设计和实施容错纠错机制时，我们需要注意一些关键要点，以确保系统能够有效地检测和纠正错误。
本文将介绍一些容错纠错机制的注意事项。
1. 异常处理：在设计系统时，需要考虑各种可能的异常情况，并为每种异常情况提供相应的处理机制。
这样可以保证系统在出现错误时能够及时做出响应，并采取适当的措施来纠正错误。
2. 数据一致性：数据一致性是容错纠错机制的关键目标之一。
在设计系统时，需要考虑如何保证数据的一致性。
例如，可以使用冗余数据存储来确保数据的完整性，或者使用事务处理机制来确保数据的一致性。
3. 容错算法：容错纠错机制需要使用一些特定的算法来检测和纠正错误。
在选择算法时，需要考虑算法的效率和可靠性。
同时，还需要考虑算法的复杂性和实现难度，以确保系统能够在实际应用中有效地运行。
4. 错误检测和纠正：容错纠错机制需要能够及时检测错误并采取相应的纠正措施。
在设计系统时，需要考虑如何有效地检测错误，并使用合适的纠正方法来修复错误。
例如，可以使用冗余校验码来检测和纠正数据传输中的错误。
5. 备份和恢复：容错纠错机制需要能够及时备份系统的关键数据，并在系统出现错误时能够快速恢复数据。
在设计系统时，需要考虑如何有效地进行数据备份和恢复，并制定相应的策略和措施。
6. 重试机制：在系统发生错误时，容错纠错机制需要能够自动进行重试操作，以确保系统能够正常运行。
在设计系统时，需要考虑如何设置合适的重试机制，并确定重试的次数和间隔时间，以保证系统的可靠性和稳定性。
7. 日志记录：容错纠错机制需要能够记录系统的运行状态和错误信息。
在设计系统时，需要考虑如何进行合适的日志记录，并确保日志信息能够及时保存和查看，以便在系统出现错误时进行故障排查和修复。
8. 容错测试：容错纠错机制的有效性需要进行相应的测试和验证。
在设计系统时，需要充分考虑容错测试的内容和方法，并进行相应的测试和验证工作，以确保系统在实际应用中能够有效地运行和纠错。
【精品资料】《高级操作系统》课程教学大纲.doc
《高级操作系统》课程教学大纲课程编号：50520201课程名称：高级操作系统英文名称：Advanceed Operating Systems课程类别：专业必修课授课对象：硕士学分：2.5学时：40开课学期：二开课周次：1-10开课系及教研室：计算机科学与技术任课教师及职称：李为副教授先修课程：计算机操作系统适用专业：计算机主要内容：高级操作系统即多机操作系统，而分布式操作系统则是多机操作系统的典型和卓越代表。
分布式操作系统是为分布式计算机系统配置的一种操作系统。
本课程主要介绍设计和构造分布式操作系统的基本原理和部分实现技术。
内容包括：第一部分分布式计算机系统，具体内容为分布式计算机系统的特征、结构与拓朴构形；分布式操作系统的设计方法、结构模型、层次划分、控制算法及在设计时应着重考虑的一些问题。
第二部分分布是式通信机制，包括消息传递、远程过程调用；及基于Agent的异步分布式进程通信模型。
第三部分分布式协同处理，具体内容为事件定序与时间戳、分布式互斥及选择算法。
第四部分资源管理，主要介绍分布式资源共享和资源管理策略及其相关的死锁预防与死锁检测的有效方法。
第五部分专门讨论线程及其管理、分布式进程管理的有关问题。
第六部分任务分配和负载平衡。
第七部分分布式文件系统和命名服务的有关策略。
第八部分分布式事务及事务的并发控制。
第九部分主要内容包括布式共享内存的概念、设计和应用及一致性模型。
第十部分分布式操作系统实例，主要对Mach、Chorus> Amoeba等系统进行分析与比较。
使用教材：《分布式操作系统》、何炎祥编著高等教育出版社参考书目：《分布式操作系统原理与实践》、Doreen L. Galli著徐良贤等译机械工业出版教研室意见：系（院、部）意见：研究生院审核意见：自学时间：10周 自学学时：80学时华北电力大学专业学位硕士研究生自学指导书年级、专业：计算机课程名称：高级操作系统 教材名称：《分布式操作系统》 编写教师：李为 周 次 学 时 学习内容 对应章节 习 题、思考题、测试题（可另附录）1 8 分布式计算机系统 第一章2 8 分布式通信 第二章34 分布式协同处理 第三章 3 4 资源管理 第四章 4 4 资源管理 第四章 4 4 进程与处理机管理 第五章5 4 进程与处理机管理 第五章 5 4 任务分配与负载平衡 第六章6 4 任务分配与负载平衡 第六章 6 4 分布式文件系统 第七章7 4 分布式文件系统 第七章 7 4 命名服务器 第八章8 4 分布式事物处理 第九章 8 4 分布式事物处理 第九章9 8 故障恢复与系统容错 第十章 108 分布式共享内存第十一章备：授课学时为计划学时的2/3左右，自学学时为计划学时的2倍。
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21
8.3 客户服务器通信的可靠性
点到点通信
可靠通信：防止通信失效
遗漏型失效：消息丢失
解决策略：利用可靠的传输协议，如TCP协议。
确认和重新传输
连接崩溃失效：连接中断
不能屏蔽，需重建连接 解决策略：抛出例外，通知客户进程
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RPC失效(1)
容错的前提条件
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故障系统的协定问题
协定(agreemnt)
对某些问题的一致意见。如，是否提交事务，负 载划分，同步等 在有限的步骤内，所有非故障进程达成协定
分布式协定算法
底层系统中可能的情况：
1. 同步vs异步系统 2. 限定的或无限定的通信延迟
3. 有序的或无序的消息递交
4. 单播(unicast)或多播(multicast)式消息传送
3
可靠性（Reliablity）
安全性（Safty）
可维护性（Maintainability）
基本概念（1）
失效（fail, failure）、失灵
一个系统不能满足它的承诺（提供服务） 导致系统失效的系统状态
差错（error）：
故障（fault）：
导致差错发生的原因
4
基本概念（2）
10
8.2 进程恢复
进程容错
进程组：具有相同功能的进程集合 组成员籍
加入：具有成员籍 脱离：注销成员籍 多成员籍：同时属于不同的组
设计问题
需要复制的程度 无故障时，平均情况和最坏情况下的系统性能 有故障时，平均情况和最坏情况下的系统性能
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组的管理（1）
扁平组：所有成员是同等的 层次组：协调程序和工作程序
18
举例：故障系统的协定问题
拜占庭将军协定问题
假设通信是可靠的，但进程可能是不可靠的 例：3个忠诚将军，1个叛变将军 共4步：(a)对外报告(b)收集向量(c)报告向量(d)生 成结果向量：（1，2，未知，4）
Lamport递归算法
19
举例：故障系统的协定问题
若三个将军中，有两个忠诚将军，一个叛变将军，则 不能判断出哪个将军叛变。
8
基于冗余的失效屏蔽技术
冗余类型
信息冗余：如，海明码。 时间冗余：如，重发，重做 物理冗余：
软件:如复制进程 硬件：如复制电路
信息冗余和物理冗余都属于空间冗余
9
基于冗余的失效屏蔽技术
三模冗余方法(TMR,Triple Modular Redundancy)
三路表决器(voter)：三路输入，一路输出 可屏蔽一路错误（任意性失效）
平均维修时间（MTTR）
可用性= (MTTF / (MTTF + MTTR))
基本概念（2）
故障控制
预防 去除 预告
容错（fault tolerance）
即使发生故障，系统仍能提供服务
短暂型(transient):出现一次，再也不出现 间歇型(intermittent)：消失后，再重复出现 永久型(permanent)：一直存在
平均无故障时间(MTTF)
平均能够正常运行多长时间，才发生一次故障。用 来度量可靠性
p为每秒失效概率
平均无故障时间(MTTF) = Σ1∞kp(1-p)k-1=1/p
例：p=10-6，MTTF=106秒=11.6天
系统发生故障后维修和重新恢复正常运行平均花费 的时间 用来度量可维护性
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组的重建
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复制容错技术
k-容错度：
在有k个进程发生故障时，系统仍能正确运行 对k-容错度，需k+1冗余度 对k-容错度，需2k+1冗余度 所有的请求到达所有服务器的顺序应相同 原子广播问题（atomic broadcast problem）
Fail-stop型故障：
拜占庭型故障：
7
失效（失败）模型
失败模型
失败缄默(fail-silent)。不通知失效。
失败即停 (fail-stop)。良性的。易检测。 失败安全(fail-safe)。不产生恶果。 拜占庭帝国（330-1453）
拜占庭(Byzantine)故障。恶意的。难检测。
系统类型
同步系统：在规定上限时间内有响应 异步系统：响应时间没有上限
若要有m个进程出错的系统实现协同一致，最少要有 2m＋1个正常进程。进程总数为3m+1。 需超过2/3多数，才能达成协定
20
故障检测
进程故障检测
主动式方法，发送 “Are you alive?”消息
常用方法， ping操作
被动式方法，等待发来的故障消息 预测方法：超时机制，在规定时间内作出响 应，否则，视为发生故障
6
故障类型
失效（失败）模型
失效类型
崩溃性失效 遗漏性失败 接收遗漏 发送遗漏 定时性失效 响应性失效 值失效 任意性失效
பைடு நூலகம்
描述
服务器停止。但在停止前一直正确工作 服务器不能响应连入的请求 服务器不能接收连入的消息 服务器不能发送消息 服务器的响应超出规定的时间间隔
服务器的响应不正确 响应的值是错误的 状态变迁失效 服务器偏离正确的控制流 服务器在任意的时刻产生任意的响应
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故障系统的协定问题
能够达成分布式协定的环境
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故障系统的协定问题
可以取得一致的三种情况： 1、处理机同步方式、通信延时有限
处理机可用超时检测机制，确定其他失败进程 每个处理机原子式广播一个初始值，其他处理器按 照次序接收，能够同意谁是第一个发送的
2、消息有序，广播式传输
3、处理机同步，消息有序
第8章 容错性
主要内容
8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 容错性概述 进程恢复 可靠的客户服务器通信 可靠的组通信 分布式提交 恢复
2
8.1 容错性概述
可依赖系统（Dependable, Trustworthy）
可用性（availability）
在给定时刻能正确操作的概率
在给定期间能正确操作的概率 临时失效不会造成灾难 易于对失效进行修复的系统
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组的管理（2）
组成员籍管理
组服务器：集中式管理
多播通信：分布式管理
N
N
故障后，组的退出
fail-stop类型：发送Goodbye信息 fail-silent类型：需其他成员发现
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组的管理（3）
消息同步
加入组时：立刻收到所有消息 退出组时：不再受到任何消息 当组崩溃后，重新建立组 重建协议