CN107562525B - 一种遥感图像处理异构平台之间的协同调度方法 - Google Patents
一种遥感图像处理异构平台之间的协同调度方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种遥感图像处理异构平台之间的协同调度方法，通过Zookeeper系统配置使调度机、Windows执行机和Linux执行机之间形成Zookeeper集群，在协同调度过程中，调度机把待处理数据按约定解析方法上传至Zookeeper目录节点，使得Windows执行机/Linux执行机可按约定解析方法读取，Windows执行机/Linux执行机把处理结果按约定解析方法上传至Zookeeper目录节点，使得调度机可按约定解析方法读取，利用Zookeeper系统实现相关信息的同步，使运行在不同操作系统之上的遥感图像处理算法能按照流程协同处理，使用Zookeeper集群方式可避免因某台设备单点故障而引起的集群运行失效的问题。
Description
技术领域
本发明涉及遥感图像处理领域，特别涉及一种遥感图像处理异构平台之间的协同调度方法。
背景技术
遥感图像处理涉及遥感图像预处理、特征提取、分类及各种专题处理的一系列操作，使用人工的方式处理这些繁杂的操作，不仅费时，而且易错。为了将遥感图像处理专业人员从这些繁杂的操作中解脱出来，需要使用一个流程将这一系列操作串接起来。然而，由于各个遥感算法往往由不同国家、组织/部门所开发，其所运行的平台、操作系统存在不一致性。
发明内容
本发明的目的是使运行在不同操作系统之上的遥感图像处理算法能按照流程协同处理。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
提供一种遥感图像处理异构平台之间的协同调度方法，包括调度机、Windows执行机和Linux执行机，调度机把包含图像数据的待处理数据传输至Windows执行机/Linux执行机，并调用Windows执行机/Linux执行机去执行相应的遥感图像处理算法，Windows执行机/Linux执行机返回处理结果给调度机，分别给调度机、Windows执行机和Linux执行机配置Zookeeper系统，以形成Zookeeper集群，并在Zookeeper服务端创建Zookeeper目录节点，调度机与Windows执行机、Linux执行机之间的通信具体为：调度机把待处理数据按约定解析方法上传至Zookeeper目录节点，以供Windows执行机/Linux执行机读取；Windows执行机/Linux执行机把处理结果按约定解析方法上传至Zookeeper目录节点，以供调度机读取。
进一步地，把Windows执行机/Linux执行机上的每一个遥感图像处理算法封装成可独立执行的bat/shell脚本。由于遥感图像处理专业人员将Windows执行机/Linux执行机上遥感图像处理算法封装成遥感图像处理脚本，普通使用人员就无须再去了解每一个遥感图像处理算法的运行环境配置、依赖的组件和运行包，从而降低普通使用人员的学习成本，使其更易上手。
进一步地，分别给调度机、Windows执行机和Linux执行机配置SSH服务，并为调度机配置公钥访问来使调度机免密登录Windows执行机/Linux执行机，从而使调度机能自动执行不同操作系统中的遥感图像处理脚本。
进一步地，所述处理结果包括执行机IP、执行机端口、遥感算法名、遥感数据目录。
进一步地，还包括解析器，该解析器解析遥感图像处理流程，并调用Zookeeper系统来创建用户设置信息目录节点，将解析流程所得的每个步骤的用户设置信息存储在用户设置信息目录节点中，该解析器调用Zookeeper系统来创建流程处理控制目录节点，以存储所述处理结果。
进一步地，调度机上设有流程执行器来从解析器中获取用户设置信息和处理结果，并根据用户设置信息和处理结果来判断出遥感图像处理流程中满足触发条件的步骤。
进一步地，所述流程执行器从解析器中获取处理结果，并根据待处理数据所指向的执行机IP来查找Windows执行机/Linux执行机。
进一步地，Windows执行机/Linux执行机在遥感图像处理算法执行完毕后，才返回处理结果给调度机，以实现I/O阻塞调度。
本发明的有益效果：
通过Zookeeper系统配置使调度机、Windows执行机和Linux执行机之间形成Zookeeper集群，在协同调度过程中，调度机把待处理数据按约定解析方法上传至Zookeeper目录节点，使得Windows执行机/Linux执行机可按约定解析方法读取，Windows执行机/Linux执行机把处理结果按约定解析方法上传至Zookeeper目录节点，使得调度机可按约定解析方法读取，利用Zookeeper系统实现相关信息的同步，使运行在不同操作系统之上的遥感图像处理算法能按照流程协同处理，且由于数据均被上传至Zookeeper目录节点，这样即可避免因某台设备单点故障而引起的集群运行失效的问题。
附图说明
利用附图对发明创造作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明创造的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是协同调度时所需的系统架构图。
具体实施方式
对运行在不同操作系统之上的遥感图像算法实施协同调度前，需要准备协同调度时所需的系统架构，该系统架构如图1所示，其具体搭建过程包括如下步骤，需要说明的是下文所指的执行机包括Windows执行机和linux执行机：
步骤一：根据遥感图像处理算法运行的操作系统的不同，在遥感图像处理Windows执行机上安装freeSSHd服务端软件，在遥感图像处理linux执行机上安装OpenSSH服务端软件。具体实现方式是：1、下载freeSSHd/OpenSSH服务端软件，根据软件安装指导书在遥感图像算法运行的Windows执行机/Linux执行机上分别安装freeSSHd/OpenSSH服务端软件；2、Windows执行机基于freeSSHd服务端软件建立遥感图像处理访问用户账号，而Linux执行机则使用当前遥感图像处理算法运行的账户作为访问用户账户。
步骤二：将遥感图像处理专业人员基于遥感图像处理软件在Windows执行机/linux执行机下所开发的每一个遥感图像处理算法，分别封装成可独立执行的bat/shell脚本。具体实现方式是：1、遥感图像处理专业人员根据遥感图像处理软件提供的二次开发接口，结合IDL/Java语言进行二次开发，形成遥感图像处理算法；2、将基于IDL开发的遥感图像处理算法，制作成可执行的二进制文件，并将基于Java开发的遥感图像处理算法打包成可执行的Jar包；3、配置IDL与Java命令行执行环境，实现对这些遥感图像处理算法的命令行执行；4、将这些可以在命令行执行的遥感图像处理算法，根据其依赖的平台，分别制作成可独立执行的bat/shell脚本。
步骤三：选择一台服务器作为遥感算法执行流的调度机，分别安装用于访问linux执行机和Windows执行机的ssh客户端软件，并进行相关配置，实现调度机与执行机之间免密登陆。具体实现是：1、将下载的freeSSHd和OpenSSH客户端软件安装至调度机，根据安装指导书进行配置，实现调度机对执行机的访问；2、调度机通过ssh-keygen命令获得本机的公钥；3、将调度机产生的公钥添加到Windows执行机/LinuxWindows执行机中用于认证的Server端的公钥文件中。
步骤四：在调度机、Windows执行机和Linux执行机之间部署Zookeeper集群系统，并在Zookeeper客户端构建一个操作Zookeeper节点信息的程序，创建相关的目录节点，并将遥感图像处理算法所处机器的IP、端口、遥感算法名、遥感数据目录等信息更新到Zookeeper目录节点中。具体实现是：1、在部署遥感图像处理软件的机器中，选择一台安装Linux系统的机器作为Zookeeper的master node；2、master node下载并安装Zookeeper软件，创建zookeeper软链接,实现在不同版本之间切换，并配置、加载Zookeeper的环境变量；3、进入master node的conf目录修改加载的配置文件，并将调度机与其它部署遥感图像处理算法的机器作为Zookeeper的节点，添加它们的host，并链接leader的端口号；4、将Zookeeper软件分别拷贝到剩余的机器上；5、为了方便在不同节点之间访问控制信息和拷贝中间处理数据，此处为各节点配置ssh服务，并互相交换公共密钥，实现节点两两之间相互无密码访问；6、遥感图像处理算法的机器作为Zookeeper的work node，使用Java语言，调用Zookeeper api接口，给当前遥感图像处理算法的客户端在ZooKeeper服务端创建ZooKeeper目录节点，并将感图像处理算法所处机器的IP、端口、遥感算法名、遥感数据目录等信息设置到ZooKeeper目录节点中；7、在环境运行过程中，若遥感图像处理机器的运行环境与遥感数据目录发生变化，则调用Zookeeper setData接口重置数据。
协同调度的运行环境搭建完毕后，即可实时协同调度。协同调度时，遵循以下步骤：
步骤五：构建一个解析器，解析出遥感图像处理专业人员使用遵守BPMN2.0规范的相关软件所产生的遥感图像处理流程，并分析流程中的每个步骤，并调用操作Zookeeper系统来动态创建流程处理控制目录节点，以用于存储流程中每一个步骤的触发条件、执行机的IP、端口、同步/异步信息、遥感图像处理步骤执行结果状态信息、处理结果存放数据目录，然后通知流程执行器运行。具体实现是：1、构建一个Java程序，使用JDBC连接MySQL数据库，查询与读取流程信息；2、使用BPMN2.0规范，解析出遥感图像处理流程中的事件、顺序流、网关、任务、内嵌子流程、监听器等信息；3、使用Java语言，调用Zookeeper api接口，动态创建流程处理步骤任务、事件、监听器、用户设置信息目录节点，并将解析出的每一个步骤中的用户设置信息，包括触发条件、执行主机的IP、端口、监听事件、同步/异步信息使用Zookeeper api的setData接口进行更新；4、调用Zookeeper api接口，创建流程处理控制目录节点，将遥感图像处理步骤执行结果状态信息、处理结果存放数据目录信息更新到控制节点目录；5、通知流程执行器运行。
步骤六：调度机上的流程执行器从流程处理控制目录节点的数据信息中获取遥感图像处理步骤的运行环境与相关控制信息，根据控制信息与解析器的解析信息判断遥感图像处理流程中满足触发条件的步骤，并获取满足条件的遥感图像处理步骤的相关监听器事件信息。具体实现是：1、在调度机中使用Spring Boot组件架构建Spring MVC Web框架的流程执行器；2、使用@Controller实现多个页面的URL路由；3、使用@RequestMapping注解@Controller类，捕获Web客户端发送给Tomcat Web服务器的流程执行请求信息；4、将Web客户端发送过来的流程ID号发送给解析器，触发其解析待执行的遥感处理流程的相关信息；5、流程执行器获取解析器返回的解析信息，并根据解析信息从Zookeeper集群中获取遥感图像处理步骤运行环境与相关控制信息；6、将解析器返回的事件、任务、内嵌子流程、监听器中用户设置的配置信息与遥感算法的运行环境比较，判断遥感图像处理流程中满足触发条件的步骤并获取其监听器事件信息。
步骤七：流程执行器从控制目录节点中解析获得的遥感图像处理步骤的控制信息，如果遥感处理步骤待处理的数据与遥感图像处理主机不在同一台机器上，则流程控制器遍历遥感数据目录，找到存放数据的主机IP与端口，并调度文件传输模块将待处理的数据获取到相应的执行机上，以进行遥感图像处理。具体实现是：1、流程执行器调用操作Zookeeper节点信息的程序，从Zookeeper集群的Zookeeper目录节点中，获得遥感图像处理步骤的控制信息；2、解析遥感图像处理步骤的控制信息，获得当前遥感图像处理算法所有前趋依赖的执行机IP集；3、判定其前趋依赖的执行机IP集，若其前趋依赖的执行机IP集与数据目录中待处理的执行机IP集不一致，则流程控制器遍历前趋节点进行遥感算法处理后产生的遥感中间数据目录，并记录相关目录信息；4、流程执行器解析出当前处理步骤所需的数据目录与数据文件信息，查询待处理的执行机上的数据目录中数据是否满足其执行条件；5、对于执行机缺少的数据，流程执行器检索记录的遥感中间数据目录，并调度文件传输模块将缺少的中间处理数据存放到待处理的执行机上；
步骤八：流程执行器解析获得的遥感图像处理步骤的执行条件信息，根据其解析出的执行机IP、端口、遥感图像处理算法、运行参数等信息，并采用多线程的方式远程登陆Windows执行机或Linux执行机，有序执行各执行机上的遥感图像处理bat与shell脚本。具体实现是：1、流程执行器解析遥感图像处理步骤的执行条件信息；2、调用操作Zookeeper节点信息的程序，从Zookeeper集群中获取满足条件的执行机的配置信息；3、流程执行器启动多线程执行当前流程，根据执行机的配置信息，采用SSH协议远程登陆Windows执行器或Linux执行器以执行脚本。
步骤九：线程在执行时，使用阻塞I/O的方式去获取线程执行bat或者shell脚本后的输出结果，确保脚本执行结束后才断开线程远程执行的链接，并将获取到的遥感图像处理执行结果的状态信息、处理结果存放数据目录更新到流程处理控制目录节点的相关目录中。采用IO阻塞的方式，让每一个遥感图像处理步骤获取到业务处理结果，流程控制才返回，这种方式，提供了一种清晰判断是流程调度错误还是业务执行错误的方法。具体实现是：1、创建ChannelExec通道；2、在线程应用程序中，构建一个批处理执行类，改执行类调用通道去进行会话连接和调用命令；3、在执行类中，当命令执行时，程序不断去读取缓冲区的字符流，直到读取值为空，以此实现I/O的阻塞；4、命令执行结束后，线程将从缓冲区获得的遥感图像处理执行结果的状态信息、处理结果存放数据目录更新到流程处理控制目录节点的相关目录中。
步骤十：流程执行机遍历整个遥感图像处理流程，直到所有处理步骤处理结束。具体实现是：1、将解析出的遥感图像处理流程的流程执行顺序信息构建成成一颗树形数据结构；2、根据此数据结构，构建一个流程遍历算法；3、依次遍历到该树中的每一个叶子节点，让所有遥感图像处理流程都被依序执行。
在整个协同调度过程中，系统架构主要由两大部分组成：一个部分是Zookeeper集群的搭建，主要用途是通过Zookeeper集群的节点目录与数据配置实现对遥感图像处理算法运行环境信息、流程控制信息、遥感数据目录的同步与更新，使得调度机通过相关程序调用Zookeeper API的getData接口，即可获得Windows执行机或Linux执行机的各种配置、数据目录的存放位置与流程的执行状况信息，由于数据均被上传至Zookeeper目录节点，这样即可避免因某台设备单点故障而引起的集群运行失效的问题。另一个部分是通过多线程实现对遥感图像处理算法流程的同步/异步协同执行，通过SSH服务实现对节点间的免密登陆设置，在调度机上的线程调用ssh协议，远程登录执行机执行bat/shell命令或输出传输命令。通过在线程中采用IO阻塞的方式去调度不同的遥感图像处理算法，可确保当前遥感处理步骤执行完毕，线程才返回，这种方式可实现异构环境下遥感处理流程的异步协同执行。
除了上述两个部分，整个架构还使用了MySQL实现对用户制作流程的存储，采用Spring MVC框架的注解方式实现服务端对客户端请求的获取，解析用户的执行请求，并调度调度机工作。调度机接到执行命令后，通过解析器解析出的流程描述控制信息，驱动遥感图像处理算法执行协同工作。流程执行日志存储采集与推送模块通过定期查询调度机中流程执行状态信息，采集相关数据并将处理过程中的相关信息保存到MySQL中。
此外，通过Zookeeper系统配置使调度机、Windows执行机和Linux执行机之间形成Zookeeper集群，在协同调度过程中，调度机把待处理数据按约定解析方法上传至Zookeeper目录节点，使得Windows执行机/Linux执行机可按约定解析方法读取，Windows执行机/Linux执行机把处理结果按约定解析方法上传至Zookeeper目录节点，使得调度机可按约定解析方法读取，利用Zookeeper系统实现相关信息的同步，使运行在不同操作系统之上的遥感图像处理算法能按照流程协同处理，且由于数据均被上传至Zookeeper目录节点，避免因某台设备单点故障而引起的集群运行失效的问题。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (3)
1.一种遥感图像处理异构平台之间的协同调度方法，包括调度机、Windows执行机和Linux执行机，调度机把包含图像数据的待处理数据传输至Windows执行机/Linux执行机，并调用Windows执行机/Linux执行机去执行相应的遥感图像处理算法，Windows执行机/Linux执行机返回处理结果给调度机，其特征是：分别给调度机、Windows执行机和Linux执行机配置Zookeeper系统，以形成Zookeeper集群，并在Zookeeper服务端创建Zookeeper目录节点，调度机与Windows执行机、Linux执行机之间的通信具体为：调度机把待处理数据按约定解析方法上传至Zookeeper目录节点，以供Windows执行机/Linux执行机读取；Windows执行机/Linux执行机把处理结果按约定解析方法上传至Zookeeper目录节点，以供调度机读取；
将遥感图像处理专业人员基于遥感图像处理软件在Windows执行机/linux执行机下所开发的每一个遥感图像处理算法，分别封装成可独立执行的bat/shell脚本；
所述约定解析方法进一步包括：
构建解析器，解析出遥感图像处理专业人员使用遵守业务流程建模与标注规范的软件所产生的遥感图像处理流程，并分析流程中的每个步骤，并调用操作Zookeeper系统来动态创建流程处理控制目录节点，以用于存储流程中每一个步骤的触发条件、执行机的IP、端口、同步/异步信息、遥感图像处理步骤执行结果状态信息、处理结果存放数据目录；
调度机上的流程执行器从流程处理控制目录节点的数据信息中获取遥感图像处理步骤的运行环境与控制信息，根据控制信息与解析器的遥感图像处理流程判断遥感图像处理流程中满足的触发条件，并获取满足条件的遥感图像处理步骤的监听器事件信息；
流程执行器解析获得的遥感图像处理步骤的执行条件信息，根据其解析出的执行机IP、端口、遥感图像处理算法、运行参数，并采用多线程的方式远程登陆Windows执行机从而有序执行各Windows执行机上的遥感图像处理的bat脚本，或采用多线程的方式远程登陆Linux执行机从而有序执行各Linux执行机上的遥感图像处理的shell脚本；
线程在执行时，获取线程执行bat或者shell脚本后的输出结果，确保脚本执行结束后才断开线程远程执行的链接，并将获取到的遥感图像处理执行结果的状态信息、处理结果存放数据目录更新到流程处理控制目录节点的目录中。
2.根据权利要求1所述的一种遥感图像处理异构平台之间的协同调度方法，其特征是：分别给调度机、Windows执行机和Linux执行机配置SSH服务，并为调度机配置公钥访问来使调度机免密登录Windows执行机/Linux执行机。
3.根据权利要求1所述的一种遥感图像处理异构平台之间的协同调度方法，其特征是：所述流程执行器从解析器中获取处理结果，并根据待处理数据所指向的执行机IP来查找Windows执行机/Linux执行机。
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