双机热备是实现系统级冗余提高系统可用性的一个行之有效的方法。在对影响计算机系统可用性的因素进行分析的基础上,深入研究了提高系统可用性的各种方法、双机热备系统的体系结构、系统故障检测与诊断、心跳监测等方面的内容。初步设计实现了一个基于Windows的双机热备系统的原型,同时该系统可以扩展为多节点高可用性集群。双机热备系统设计的首要问题是系统的体系结构。详细分析了实现系统高可靠性的多机集群的三种工作模式的优劣及保障数据安全的多路访问方式,建立了一个共享磁盘阵列的主从结构(Active/Standby)双机热备系统的体系结构模型。采用Share Nothing的结构避免了复杂的缓存一致性和分布式锁管理(DLM)。同时磁盘阵列的高可用性也保证了系统中数据的高可用性。为系统建立了Markov模型,从理论上分析了系统能达到的可用度。双机软件是双机热备系统的关键,而数据的冗余路径访问和数据的备份更是实现系统高可用的基础,本文分析了各种保障数据的多路访问和数据安全的方法,最后实现了共享双端口磁盘阵列结构的双机系统软件。双机热备系统的目标是减少单点故障、通过故障接管来保障系统的连续运行。故障接管的过程包括故障的检测诊断和恢复的过程。从系统节点故障检测、系统服务故障检测和系统资源故障检测等几个方面,实现了基于多监测代理的高效的系统故障检测与诊断。实时文件镜像和检查点与回滚恢复(CRR)是减少故障损失提高可用性的重要技术。在详细分析了Windows NT平台的系统结构后,设计了一个基于Windows NT平台的实时文件镜像系统并提出和实现一个检查点算法。