温备集群系统的设计和实现文献综述

1. 选题背景和意义：
2. 选题背景：

系统可用性指系统服务不中断运行时间占实际运行时间的比例。随着信息化和网络技术的飞速发展，用户对网络服务可用性的要求越来越高。为了解决由服务器宕机、网络中断等造成的系统可用性降低的问题，会为系统部署集群，多台服务器以热备、温备或冷备的方式提供服务。系统正常运行时，多台服务器间进行数据的备份，系统出现错误时，进行主从切换保证系统对外可用。

热备份技术中，主从服务器都在运行，同时接收信息输入，并进行业务处理，但只有主服务器的数据被输出。当主服务器故障时，只需选择后备副本的信息输出即可。主从切换的时间短，并且主从的数据可以保持高度一致。其缺点为多个副本同时运行，占用大量的系统开销。

冷备份技术中，主服务器工作时，备份服务器不活动。当故障发生时，备份服务器启动并且从存储系统中同步最新数据。冷备份对资源的消耗小，但是主备切换时间长。

温备份则作为以上两种技术的折中，后备副本启动，周期性的进行数据的备份工作。故障发生时，需要一定的主从切换时间，对系统的资源消耗较热备份低，缺点是可能会造成部分数据的丢失。

1. 意义：

现在对热备份和冷备份的研究居多，大多数系统使用热备份提高系统的可用性。而对于一些存储辅助信息的系统，其存储的数据需要进行备份，比如日志信息，但由于信息重要程度较低，可以接受部分数据丢失，不需要进行实时备份，可以不选择热备份系统，而考虑使用温备份集群系统。

温备份是一种基于冗余的容错方案，通过研究这一课题，能够了解分布式系统的容错的概念。在实现温备份的过程中会接触主从设备间的选举，可靠的网络通信，集群管理等分布式系统的知识，将为我进行研究生阶段的学习打下一定的基础。

文献综述（或调研报告）：

1. 前言

在对热备温备和冷备的研究中，热备份占了大多数，且大多是双机热备。热备份可以视为温备份的一种极端，可以参照热备份进行对温备份的研究。以下提出了几篇文章中的双机热备的方案，还列举了一些温备份系统的方案，最后提出了本次毕设的一些不同之处。

1. 现有的对备份技术的研究

为了保证系统的可用性，在服务器出现故障时依然能对外提供服务，许多领域的系统都采取了双机或多机备份技术。但由于热备的资源消耗大，在某些对能源使用有限制的系统中，温备则展现出了它的优势。比如在嵌入式电力监控系统[1]。由于期望仅仅有单个主节点，网络管理系统[2]中也采用了温备份系统。

温备份系统中需要解决的问题有数据备份的时机选择，备份数据的选择，主从同步，对系统状态的检测，故障转移等，以下列举的研究针对以上方面提出了各种可行方案。[1]提出了在嵌入式电力监控系统中的温备份技术实现，详细讨论了进行温备份的时机，设计计算公式计算工作进程与备份进程之间任务状态的差异，当差异达到一定程度后进行数据同步。[2]中论述多种主备切换的时机，比如数据库进程，网管关键进程崩溃时进行切换。并给出了利用Windows API对系统的软硬件进行检测的具体实现。为了实现备份，可以软硬件结合，比如添加一根心跳线专门用于心跳监测。在文献[3]中提出了不增加硬件实现双机热备的设计方法，其使用自检测和心跳检测完成故障检测，自检测检测系统软硬件的状态，包括cpu，I/O，内存，进程等，心跳采用基于PULL模型的双冗余心跳检测机制。数据同步方面使用rsync算法以及FTP传输技术进行文件同步，使用XML进行实时实时数据同步。[4]展示了实时嵌入式系统中的容错技术，提出了双机容错体系结构。通过硬件上增加一条心跳线并配合自检和看门狗进行故障检测。通过分析可靠性模型提出缩短切换时间能提高系统可用性的结论。[5]展示了电力系统中的温份方案，其使用组播进行数据传输，支持多个副本同时运行，提出了副本状态转换算法和温备份算法。 [6]中将备份服务设置为插件，在开机时自动启动，并使用了虚拟ip技术实现主从切换时对用户的透明。[7]中专门对备份系统数据的同步技术进行了研究，争对数据复制的连续性以及检索新增数据的速度问题，提出了基于链路延迟的文件复制机制和基于单向哈希函数的新增文件检索机制，很大程度上提高了数据的同步效率。[8]中论述了企业中的数据备份问题，在何时进行备份问题上，认为需要在系统空闲时进行备份。论述了差异备份和累计备份方案，并给出了一份周备份策略。