容错服务器【容错服务器在高速公路收费系统中的应用分析】
时间：2019-03-30 03:24:52 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要： 本文阐述了容错服务器的技术特点，着重介绍它的容错方案设计思想、数据存储的安全性、可靠性。同时，通过对高速公路收费系统中数据服务器采用双机热备方案和容错方案的比较和分析，阐明了在高速公路收费系统中采用容错服务器的一系列优势。
关键词：容错服务器；容错方案设计；高速公路应用分析
中图分类号：TP39文献标识码：A文章编号：1006-4311（2012）07-0115-02
0引言
随着经济的不断发展，计算机技术、网络技术等的不断更新和扩大，不仅加快了高速公路建设的步伐，而且对高速公路机电系统的要求也越来越高。实施高精度、高可靠性的交通机电系统，已经是一个非常流行的话题；其中，收费系统是高速公路机电三大系统之一，是目前国内高速公路机电系统应用的核心，也是效益发挥最大，日趋最为成熟的系统。
随着高速公路机电系统不断发展和成熟，整个收费系统的可靠性越来越受到重视，各种升级后的计算机设备、路由设备、交换设备、操作系统、数据库系统等也都会有不同程度的应用，再加上环境、资源共享、数据通信、计算机病毒以及网络管理等方面的不安全因素，收费数据的可靠性、安全性和有效性会变得更加重要。
以往，在收费系统中为提高数据库服务器的可靠性，通常采用双机热备方案，尽管采用该方案对系统的可靠性上有所提高，但是增加了整体的软硬件投资费用，增加了系统的运营和维护工作，而且系统的可靠性并不一定能得到足够的保障。
而容错服务器由于采用了部件级全硬件冗余技术，整个硬件系统从主板、CPU、内存以及I/O模块等都采用双硬件模式，并且由于该系统采用了先进的同步（Lock Step）技术，冗余部件同一时刻执行同一指令，整个系统的连续可用性能达到99.999%以上，这样不但可避免以前双机热备系统中单硬件系统故障所造成的系统停机以及系统切换时间上的经济损失，同时还可降低系统维护过程中的维护量及后续维护费用。
1容错方案设计思想
容错服务器对很多用户来说，早已不再陌生。建立在冗余技术基础之上的容错服务器，在解决硬件单点故障、缩短故障恢复时间、降低人为错误、减少部件和软件版本不兼容等方面相对于双机服务器都显示出了其强大的优势。
容错服务器由于采用了部件级全硬件冗余技术，整个硬件系统从主板、CPU、内存以及I/O模块都采用双硬件模式，其冗余硬件部件同一时刻执行同一指令，整个系统的连续可用性高于99.999%。使用该技术后我们不用担心某一个部件的故障会导致整个系统的失效，系统能容忍任一部件的故障并继续工作。
该技术从工作原理上来说就把传统的计算机系统原来的I/O输入输出单元和CPU/内存单元分割成两块（图1：传统计算机系统），同时增加一套I/O输入输出单元和CPU/内存单元（图2：双硬件系统），再将原来的南北桥芯片，改为故障检测和隔离芯片，即系统采用双I/O输入输出单元、双CPU/内存单元，并采用时钟锁步和同步技术等；（图3：容错系统原理图）。
2容错方案关键技术
Stratus容错服务器基于Window+Intel架构，为关键性业务应用的客户设计，能满足其7×24的关键性工作需要。其容错方案的关键技术主要包括以下几个方面：
2.1 同步技术同步技术（Lockstep Technology）使用冗余容错硬件，能保持多CPU/内存单元在精确的同步状态——同一时刻执行同一指令；从而在一个部件出现故障的情形下，其冗余部件就象已激活了的备份，继续正常操作，避免了停机。并且同步技术能够确保包括瞬时错误在内的任何硬件错误都不会影响到系统运行，系统可以在任何CPU/内存单元发生错误的情况下不丢失数据或状态，也不需产生中断进行错误处理。
2.2 故障安全软件故障安全软件（Fail safe Software）与同步技术协同工作,能够预防许多会升级到停机的软件故障。与通常的服务器和双机热备系统不同，容错服务器的硬件和软件以透明的方式处理这类错误，而对操作系统、中间件、应用软件进行屏蔽，甚至驻留內存数据也得到保护及维护。
此外，容错服务器管理和诊断特性能自动地检测、隔离和解决瞬时硬件错误，问题立即可以被识别到适应的分类，这是一种有效和及时的问题解决方案。还对其他软件问题进行跟踪、分析，使支持人员在软件问题发生之前超前纠正问题。并且强化的设备驱动程序也显著增加了容错系统内Windows环境的稳定性。
3应用分析
高速公路收费计算机系统一般由收费分中心计算机系统、收费站计算机系统、收费车道计算机系统三部分构成，这三者是一个有机的整体（图4：收费系统结构图）。收费分中心对整个收费系统进行控制；收费站汇总收费车道数据并在收费分中心和收费车道之间实现数据传递；收费车道按照收费分中心的要求对过往车辆实施正确的收费，并上传收费数据和交通量数据等。
高速公路收费分中心一般除负责所管辖的各收费站业务外，并对各收费站上报的数据进行汇总、整理、上报。各收费站接受收费分中心下传的系统运行参数，接受收费车道上传的收费数据及下发车道的系统运行指令，承担收费站的IC卡配送管理、运行监控管理、数据查询、业务管理和票据管理职能。因此，收费分中心和收费站是整个收费系统的核心，有着重要的地位，必须建立高可靠性的计算机系统。
为提高收费系统的可靠性，通常采用双机热备方案，其结构构成是由两台服务器连接磁盘阵列柜，再通过软件的切换来实施的一套主备系统，所以一套双机热备的投入一般包含：两台服务器及其磁盘阵列柜硬件＋2套企业版操作系统＋2套企业版数据库系统（因为微软的操作系统以及数据库，只有企业版才支持双机热备系统）。
而Stratus容错服务器的冗余机制是完全通过自己的时钟同步技术实施的，针对上层的应用充分透明，所以在软件的数量要求上只需要一套操作系统及数据库，由于容错服务器根本不存在切换的过程，从而完全不需要Windows 2003 Server和SQL Server企业版，所以在容错服务器上只需要一套Windows 2003标准版以及SQL server标准版。
通过以上的分析可以知道，相比于双机热备方案，采用容错服务器不仅能降低整个系统的软硬件投资费用，而且能达到99.999%以上的可靠性。具体优势主要体现在以下几个方面：
3.1 连续可用性容错服务器能提供99.999%运行时间，称之为连续可用性，从用户和应用角度来看，容错服务器以自动实现及透明的方式提供可用性，每部容错系统都是专为确保运行时间而设计，因此在系统的可靠性方面具有较大优势。
3.2 操作简便性传统双机热备服务器的配置较为复杂，并且维护也较为烦琐，而容错服务器将连续处理能力（Continuous Processing■）注入每一个运行的系统，消除故障切换脚本程序、反反复复的测试过程、为使应用成为集群系统可识别而付出的额外负担。容错服务器能够自动提供系统零切换时间，严格保护內存和磁盘中的数据——拥有比双机系统更大的优势。使收费系统的数据存储更加安全、可靠。
3.3 经济性容错服务器价格上也具有一定的竞争力，其价格远低于UNIX■集群系统和HP■NonStopTM服务器，但运行时间超越99.999%，彻底消除非计划停机的干扰，因此具有较好的经济性和较高的可靠性。
4结论
由于收费分中心、收费站系统是收费系统的核心，收费站是整个系统的主要数据源，尤其收费数据代表着现金交易，因此收费系统存储的安全、可靠性和重要性不言而喻。通过分析了容错服务器的设计思想、关键技术以及其在高速公路收费系统中的应用分析，可知，容错服务器不仅能进一步提高收费站系统的可靠性，而且能减少维护量，降低系统整体的投资费用。
