CN102868560B - 一种服务器热备实现系统及方法 - Google Patents

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一种服务器热备实现系统及方法，其系统主服务器和备服务器的之间采用TCP/IP协议的SOCKET方式进行数据传输，主服务器、备服务器与系统单元采用进程通信的方式进行交互，主备服务器识别单元用于识别当前服务器的主备；然后通过数据同步单元来完成内存数据的同步，主备服务器通过数据接收单元接收相同的外部数据，通过数据处理单元进行逻辑处理和运算，但只有主服务器通过数据发送单元向外发送数据提供服务，备服务器不向外发送任何数据；当主服务器停止工作后，通过心跳存活检测单元检测出主服务器出现故障，备服务器将接管主服务器的工作；通过主备切换单元进行主备服务器的自动切换，备服务器变成主服务器开始向外发送数据提供服务。

Description

一种服务器热备实现系统及方法
技术领域
本发明涉及一种服务器热备实现系统及方法。
背景技术
在现在工业自动化控制领域、金融业以及其它服务业等领域，对计算机系统的依赖程度都非常高，如何提供不间断服务，如何保证24小时不间断运行，是许多行业对计算机系统的一个重要需求。
发明内容
为了解决以上问题本发明提供了一种服务器热备实现系统及方法，为了保证系统的可靠性，在系统设计时，对核心服务器采用双机热备的方式来设计。采用服务器热备的实现系统进行热备控制。在设计中，两台服务器及时同步系统数据，当一台服务器出现故障时，另一台服务器自动接替工作继续提供服务，不会影响系统的正常运行，从而提高了系统的可靠性。
为了解决以上问题本发明提供了一种服务器热备实现系统，其特征在于：包括主服务器、备服务器、系统单元，主服务器和备服务器的之间采用TCP/IP协议的SOCKET方式进行数据传输，主服务器、备服务器与系统单元采用进程通信的方式进行交互，主服务器、备服务器的配置相同，主服务器、备服务器单元包括数据接收单元、数据处理单元、数据发送单元；
系统单元包括主备服务器识别单元、心跳存活检测单元、数据同步单元、主备切换单元；主备服务器识别单元用于识别当前服务器的主备；然后通过数据同步单元来完成内存数据的同步，主备服务器通过数据接收单元接收相同的外部数据，通过数据处理单元进行逻辑处理和运算，但只有主服务器通过数据发送单元向外发送数据提供服务，备服务器不向外发送任何数据；当主服务器停止工作后，通过心跳存活检测单元检测出主服务器出现故障，备服务器将接管主服务器的工作；通过主备切换单元进行主备服务器的自动切换，备服务器变成主服务器开始向外发送数据提供服务。
一种服务器热备实现方法，包括以下步骤：
步骤一：主备服务器识别：谁先启动谁就是主服务器；当一台服务器启动之后，将立刻给另外一台服务器发送心跳信息；当已经发送了心跳信息，但没有收到对方的心跳信息，则说明另外一台服务器没有启动，则该服务器为主服务器；当两台服务器同时启动，都收到对方的心跳信息，两个服务器会认为都是备服务器，则采用“随机数”即可以任意认定某一服务器为主服务器的方式来进行主备服务器的识别；
步骤二：心跳存活检测：为了检测两台服务器是否一直都处于运行状态，两台服务器采用TCP/IP协议进行SOCKET通信进行心跳检测；为了保证主备服务器在1秒内完成切换，两台服务器每100毫秒发送一条心跳检测报文，每500毫秒对心跳进行统计；当在该统计周期内没有收到主服务器的任何心跳报文，就认为主服务器已经停止了工作； 
步骤三：数据同步：数据同步单元采用内存同步方式；
步骤四：主备切换：当心跳存活检测单元检测出主服务器已经停止工作；备服务器将接管主服务器的工作，开始向外提供服务；备服务器首先将自己的状态标识为主服务器，然后去查看有没有备服务器产生的而主服务器没有产生的报文内容，如果有，则将这些报文逐个发送出去；当有数据需要发送时，去查看有没有主服务器产生的而备服务器没有产生的报文内容，如果有，则说明主服务器已经发送过该条报文，将停止发送该条报文；经过一定的处理周期，之前保存的报文将会被处理干净；完成主备切换工作。
所述的步骤二当备服务器在500毫秒周期内没有收到主服务器任何心跳信息时，需要发送确认信息给主服务器，如果主服务器没有任何回复，则才能说明主服务器已经停止了工作。
所述步骤三的数据同步时机为：
①当主服务器已经启动并且工作了一段时间，此时，备服务器突然启动了，备服务器主动向主服务器发送加载请求，主服务器收到加载请求后，把内存数据状态、当前处理的数据帧号、输出数据帧号发送给备服务器；备服务器收到同步数据后，完成本身数据的更新；
②当主服务器获得周期数据后，并写入内存单元，此时，主服务器需要将获得的数据告诉备服务器；备服务器收到该信息后，取相同的数据进行应用处理；
③当主服务器对外提供服务时，主服务器会给外界的其它系统发送数据报文，此时，主服务器也要通知备服务器它发送了报文的具体内容，以及报文的帧号。备服务器接收到了该信息后，进行存储；保存主服务器产生的，而备服务器没有产生的报文内容；和备服务器产生的，而主服务器没有产生的报文内容；
④当主、备服务器之间处理步调相差很大时，备服务器主动向主服务器请求内存同步，具体同步内容和与①的过程一致。
所述步骤四主备切换也可采用人工切换的方式，即采用人工界面操作的方式进行切换，完成服务的转移。
有益效果：当一台服务器出现故障停止工作时，另一台服务器会自动接替工作，不会影响系统的正常运行，从而提高了系统的可靠性。该本发明采用内存同步的方式，而不使用共享存储器的方式来保证数据的一致性，与数据库热备等热备系统在设计上有很大的不同。
附图说明
图1为本发明系统的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
如图1所示，一种服务器热备实现系统，包括主服务器、备服务器、系统单元，主服务器和备服务器的之间采用TCP/IP协议的SOCKET方式进行数据传输，主服务器、备服务器与系统单元采用进程通信的方式进行交互，主服务器、备服务器的配置相同，主服务器、备服务器单元包括数据接收单元、数据处理单元、数据发送单元；
系统单元包括主备服务器识别单元、心跳存活检测单元、数据同步单元、主备切换单元；主备服务器识别单元用于识别当前服务器的主备；然后通过数据同步单元来完成内存数据的同步，主备服务器通过数据接收单元接收相同的外部数据，通过数据处理单元进行逻辑处理和运算，但只有主服务器通过数据发送单元向外发送数据提供服务，备服务器不向外发送任何数据；当主服务器停止工作后，通过心跳存活检测单元检测出主服务器出现故障，备服务器将接管主服务器的工作；通过主备切换单元进行主备服务器的自动切换，备服务器变成主服务器开始向外发送数据提供服务。
一种服务器热备实现方法，包括以下步骤：
步骤一：主备服务器识别：谁先启动谁就是主服务器。当一台服务器启动之后，将立刻给另外一台服务器发送心跳信息。当已经发送了心跳信息，但没有收到对方的心跳信息，则说明另外一台服务器没有启动，则该服务器为主服务器。当两台服务器同时启动，都收到对方的心跳信息，两个服务器会认为都是备服务器，则采用“随机数”（即可以任意认定某一服务器为主服务器）的方式来进行主备服务器的识别。
步骤二：心跳存活检测：为了检测两台服务器是否一直都处于运行状态，两台服务器采用TCP/IP协议进行SOCKET通信进行心跳检测。为了保证主备服务器在1秒内完成切换，两台服务器每100毫秒发送一条心跳检测报文，每500毫秒对心跳进行统计。当在该统计周期内没有收到主服务器的任何心跳报文，就认为主服务器已经停止了工作。
在心跳检测过程中，也有可能主服务器因为忙碌的原因，导致长时间发送不出心跳信息，出现“假死”现象，如果备服务器立刻就接管主服务器的工作，就有可能导致不正常切换情况，从而影响整个服务器的性能。所以，当备服务器在500毫秒周期内没有收到主服务器任何心跳信息时，需要发送确认信息给主服务器，如果主服务器没有任何回复，则才能说明主服务器已经停止了工作。
步骤三：数据同步：数据同步单元采用内存同步而不使用共享存储器的方式来保证数据的一致性，所以，数据同步是两台服务器能否正常工作的基础，如果没有数据同步，就算已经完成了主备切换，备服务器也不可能接替之前的工作继续处理。
在本发明中，备服务器总会慢主服务器一个处理周期。就好比两个人一前一后走路，后面的一个人总是踩着前面的一个人的脚印行走，当前面的一个人停止工作后，后面的人才能接着往前行走。在本发明中，在如下几个时机需要进行数据同步：
①当主服务器已经启动并且工作了一段时间，此时，备服务器突然启动了，备服务器主动向主服务器发送加载请求，主服务器收到加载请求后，把内存数据状态、当前处理的数据帧号、输出数据帧号发送给备服务器。备服务器收到同步数据后，完成本身数据的更新。
②当主服务器获得周期数据后，并写入内存单元，此时，主服务器需要将获得的数据告诉备服务器。备服务器收到该信息后，取相同的数据进行应用处理。
③当主服务器对外提供服务时，主服务器会给外界的其它系统发送数据报文，此时，主服务器也要通知备服务器它发送了报文的具体内容，以及报文的帧号。备服务器接收到了该信息后，进行存储。保存主服务器产生的，而备服务器没有产生的报文内容；和备服务器产生的，而主服务器没有产生的报文内容。
④当主、备服务器之间处理步调相差很大时，备服务器主动向主服务器请求内存同步，具体同步内容和与①的过程一致。
步骤四：主备切换：当心跳存活检测单元检测出主服务器已经停止工作。备服务器将接管主服务器的工作，开始向外提供服务。备服务器首先将自己的状态标识为主服务器，然后去查看有没有备服务器产生的而主服务器没有产生的报文内容，如果有，则将这些报文逐个发送出去；当有数据需要发送时，去查看有没有主服务器产生的而备服务器没有产生的报文内容，如果有，则说明主服务器已经发送过该条报文，将停止发送该条报文。经过一定的处理周期，之前保存的报文将会被处理干净。完成主备切换工作。
主备切换也可采用人工切换的方式。在长期运行过程中，需要升级，但又不希望停止工作，采用人工界面操作的方式进行切换，完成服务的转移。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不限制于本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (4)

1.一种服务器热备实现系统，其特征在于：包括主服务器、备服务器、系统单元，主服务器和备服务器的之间采用TCP/IP协议的SOCKET方式进行数据传输，主服务器、备服务器与系统单元采用进程通信的方式进行交互，主服务器、备服务器的配置相同，主服务器、备服务器单元包括数据接收单元、数据处理单元、数据发送单元；
系统单元包括主备服务器识别单元、心跳存活检测单元、数据同步单元、主备切换单元；主备服务器识别单元用于识别当前服务器的主备；然后通过数据同步单元来完成内存数据的同步，主备服务器通过数据接收单元接收相同的外部数据，通过数据处理单元进行逻辑处理和运算，但只有主服务器通过数据发送单元向外发送数据提供服务，备服务器不向外发送任何数据；当主服务器停止工作后，通过心跳存活检测单元检测出主服务器出现故障，备服务器将接管主服务器的工作；通过主备切换单元进行主备服务器的自动切换，备服务器变成主服务器开始向外发送数据提供服务；
当主服务器已经启动并且工作了一段时间，此时，备服务器突然启动了，备服务器主动向主服务器发送加载请求，主服务器收到加载请求后，把内存数据状态、当前处理的数据帧号、输出数据帧号发送给备服务器；备服务器收到同步数据后，完成本身数据的更新。
2.一种应用于权利要求1所述系统的服务器热备实现方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：主备服务器识别：谁先启动谁就是主服务器；当一台服务器启动之后，将立刻给另外一台服务器发送心跳信息；当已经发送了心跳信息，但没有收到对方的心跳信息，则说明另外一台服务器没有启动，则该服务器为主服务器；当两台服务器同时启动，都收到对方的心跳信息，两个服务器会认为都是备服务器，则采用“随机数”即可以任意认定某一服务器为主服务器的方式来进行主备服务器的识别；
步骤二：心跳存活检测：为了检测两台服务器是否一直都处于运行状态，两台服务器采用TCP/IP协议进行SOCKET通信进行心跳检测；为了保证主备服务器在1秒内完成切换，两台服务器每100毫秒发送一条心跳检测报文，每500毫秒对心跳进行统计；当在该统计周期内没有收到主服务器的任何心跳报文，就认为主服务器已经停止了工作； 
步骤三：数据同步：数据同步单元采用内存同步方式：
①当主服务器已经启动并且工作了一段时间，此时，备服务器突然启动了，备服务器主动向主服务器发送加载请求，主服务器收到加载请求后，把内存数据状态、当前处理的数据帧号、输出数据帧号发送给备服务器；备服务器收到同步数据后，完成本身数据的更新；
②当主服务器获得周期数据后，并写入内存单元，此时，主服务器需要将获得的数据告诉备服务器；备服务器收到该信息后，取相同的数据进行应用处理；
③当主服务器对外提供服务时，主服务器会给外界的其它系统发送数据报文，此时，主服务器也要通知备服务器它发送了报文的具体内容，以及报文的帧号；
备服务器接收到了该信息后，进行存储；保存主服务器产生的，而备服务器没有产生的报文内容；和备服务器产生的，而主服务器没有产生的报文内容；
④当主、备服务器之间处理步调相差很大时，备服务器主动向主服务器请求内存同步，具体同步内容和与①的过程一致。
步骤四：主备切换：当心跳存活检测单元检测出主服务器已经停止工作；备服务器将接管主服务器的工作，开始向外提供服务；备服务器首先将自己的状态标识为主服务器，然后去查看有没有备服务器产生的而主服务器没有产生的报文内容，如果有，则将这些报文逐个发送出去；当有数据需要发送时，去查看有没有主服务器产生的而备服务器没有产生的报文内容，如果有，则说明主服务器已经发送过该条报文，将停止发送该条报文；经过一定的处理周期，之前保存的报文将会被处理干净；完成主备切换工作。
3.根据权利要求2所述的服务器热备实现方法，其特征在于：所述的步骤二当备服务器在500毫秒周期内没有收到主服务器任何心跳信息时，需要发送确认信息给主服务器，如果主服务器没有任何回复，则才能说明主服务器已经停止了工作。
4.根据权利要求2所述的服务器热备实现方法，其特征在于：所述步骤四主备切换采用人工切换的方式，即采用人工界面操作的方式进行切换，完成服务的转移。
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