CN109597723B - 用于地铁综合监控系统的双机热备冗余实现系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于地铁综合监控系统的双机热备冗余实现系统及方法，包括：冗余配置模块、冗余网络服务模块、冗余消息管理模块和冗余核心管理模块；本发明的冗余管理系统主备自我判定及主备切换，指冗余管理系统本身启动后根据登录信息判断本身的主备状态，在系统运行过程中根据主机平安报文信息进行主备切换的策略。本发明可以实现冗余管理系统主备的自我判定，通过与冗余管理系统的信息交互，针对性进行被管理进程的主备切换，进而实现整个地铁综合监控系统的热备冗余。

Description

用于地铁综合监控系统的双机热备冗余实现系统及方法

技术领域

本发明属于数据冗余管理技术领域，具体涉及一种用于地铁综合监控系统的双机热备冗余实现系统及方法。

背景技术

地铁综合监控系统是面向城市轨道交通行业的大型自动化监控系统，系统通常采用先进的计算机技术和通信技术，按照统一规划、分散监控、分层布置的原则，共享统一的调度指挥主站平台，协同实现自动化监控功能。

综合监控系统部署在物理上完全对等的两台实时服务器上，两台服务器通过工业级综合监控冗余交换机建立稳定的以太网传输连接。综合监控系统各后台服务在两台机器上进行双机热备。根据工作中的切换方式可将双机热备分为：主-备方式(Active-Standby方式)和双主机方式(Active-Active方式)，主-备方式即指的是一台服务器处于某种业务的激活状态(即Active状态)，另一台服务器处于该业务的备用状态(即Standby状态)。而双主机方式即指两种不同业务分别在两台服务器上互为主备状态(即Active-Standby和Standby-Active状态)。

综合监控系统的典型软件架构如图1所示，客户端主要为人机界面交互的相关应用HMI，服务端一般包括配置数据库CFDB、实时数据库RTDB、时序数据库TSDB、通信中间件MQ、前置服务FES和系统管理服务SYSMGR等，各服务以进程为单位分别部署在两台物理服务器上。

轨道交通综合监控系统为地铁运营单位的生产系统，对轨道交通的日常运营起着重要保障作用，要求7*24小时稳定运行。在特定的环境或故障情况下，后台服务主进程可能因为异常数据、人为操作或硬件故障等原因导致进程故障，此时需要综合监控系统进行该故障进程的主备切换，以保证系统整体功能可用。

目前市面上主流的综合监控系统实现双机热备冗余通常依赖第三方商业软件，在linux操作系统下可以部署开源的双机热备冗余软件，如Rose HA等；在Windows操作系统下则可以选择微软MSCS或者EterneMirror HA软件。

实践中发现，使用第三方商业软件进行双机热备冗余管理存在以下不足：

1)依赖共享磁盘或者类似的其它共享设备。如Rose Ha软件的双机热备冗余依赖于共享磁盘，双机之间必须使用直连线进行连接；

2)一般为收费软件，商用限制较多；

3)配置复杂，对双机的启动和关闭顺序等要求较高，对运维人员的要求较高；

4)通常只能提供服务器整机切换方案，无法根据用户的需求实现进程级别的灵活的冗余切换。

发明内容

针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于地铁综合监控系统的双机热备冗余实现系统及方法，本发明可以实现冗余管理系统主备的自我判定，通过与冗余管理系统的信息交互，针对性进行被管理进程的主备切换，进而实现整个地铁综合监控系统的热备冗余。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的一种用于地铁综合监控系统的双机热备冗余实现系统，包括：冗余配置模块、冗余网络服务模块、冗余消息管理模块和冗余核心管理模块；其中，

冗余配置模块，用于读取和解析冗余配置信息，获取系统的网络配置信息、进程配置信息和冗余切换相关参数；

冗余网络服务模块，用于与各被管理进程建立网络连接，并传递网络消息；

冗余消息管理模块，用于对各类消息体进行组装和发送；

冗余核心管理模块，对冗余信息数据进行存储和逻辑处理，并用来判断主备切换的时机，控制服务主进程。

进一步地，所述冗余核心管理模块包括：

事件处理单元，其用于开启一个事件循环，具有网络事件处理单元和时间事件处理单元，当事件到达时，根据事件的类型，通知时间事件处理单元或网络事件处理单元进行处理；

时间事件处理单元，对时间事件进行处理，时间事件一般分为定时事件和周期性事件，当时间事件发生时，系统调用时间事件处理函数进行处理；

网络事件处理单元，对网络事件进行处理，采用epoll模型(IO复用方案)处理多个并发的网络事件，提升I/O性能。

进一步地，所述冗余信息数据包括：冗余配置信息、各进程实时状态及各进程交互状态信息。

进一步地，所述时间事件处理函数为时间事件的执行器，该函数会遍历所有已到达的时间事件，并调用该些事件的处理器；本发明使用redis内存数据库提供的processTimeEvents处理时间事件。

本发明的一种用于地铁综合监控系统的双机热备冗余实现方法，包括步骤如下：

冗余管理系统主备自我判定及主备切换：

1)本机冗余管理系统启动；

2)向其它节点广播冗余管理主机登录消息；

3)判断是否接收其他节点冗余管理主机应答，若接收到主机应答，则网内已有冗余管理主机，进入步骤9)；若未收到主机应答，则每间隔300ms～500ms进行重发登录信息，并进入步骤4)；

4)判断网内是否存在冗余管理主机，若登录信息的发送次数大于2，则网内不存在冗余管理主机，进入步骤5)；若登录信息的发送次数小于/等于2，则重发登录信息，进入步骤2)；

5)本机成为冗余管理主机，本机接收到其他主机登录消息时，立即回复本机冗余管理主机状态的应答；

6)向网内广播平安报文，报告本机冗余管理主机状态；

7)判断是否存在冗余管理主机状态冲突，若收到其他主机的平安报文，则存在主机状态冲突，进入步骤8)；若未收到其他主机的平安报文，则当前系统各主机状态正常，进入步骤5)；

8)比较本机发送最后一个平安报文时报文中的时间戳和接收到的其他主机平安报文的时间戳，若本机时间戳大于其他主机，则本机状态转为备机，进入步骤9)；若本机时间戳小于其他主机，本机仍然保留主机状态，进入步骤5)；

9)本机转为冗余管理备机状态；

10)广播冗余管理备机平安报文报告本机状态；(此报文用于网内其他机器判断本机是否离线)；

11)判断是否接收到其他主机平安报文，并对报文进行计数，若接收到其他主机平安报文，系统各主机准备状态正常，进入步骤9)；若未接收到主机平安报文，则统计未收到次数，进入步骤12)；

12)判断未收到其他主机平安报文次数，若计数小于/等于2，则继续等待主机平安报文，进入步骤9)；若计数大于2，则网内主机已经离线，进入步骤5)；

被管理进程主备切换策略及切换：

13)本机被管理进程启动；

14)本机被管理进程向冗余管理系统查询本进程主备状态；

15)根据冗余管理系统返回的信息判定本机是否为主机，与冗余管理系统无法通信时，不会被判定成主机；若“是”，则进入步骤19)；若“否”，则进入步骤16)；

16)：判断本机原来是否是主进程；若“是”则进入步骤17)；若“否”则进入步骤18)；

17)：从主进程向备进程切换；

18)：作为备用进程；

19)：判断本机原来是否是主进程；若“是”则进入步骤21)；若“否”则进入步骤20)；

20)从备进程向主进程切换；

21)本机作为主进程。

进一步地，所述步骤8)具体包括：采用先判断出本机为主机、先发送平安报文的原则来决定主机的策略，报文中的时间戳精确到毫秒，认为时间戳再次冲突的概率小或不会发生。

本发明的有益效果：

本发明可以很好的满足双机热备场景下系统进程级别的冗余要求，冗余管理系统的主备判定不依赖于第三方裁决器，被管理进程和冗余管理系统之间的消息交互机制简单可靠，系统可快速部署，对接简单，无需再单独购买冗余管理或者集群管理软件，对于简化系统接口，提升系统健壮性具有较好的效果。

附图说明

图1为现有综合监控系统的典型软件架构图。

图2为本发明的系统工作原理图。

图3为本发明的冗余管理系统主备自我判定及主备切换的方法流程图。

图4为本发明的被管理进程主备切换策略及切换方法流程图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施案例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。

双机热备冗余实现系统工作原理

参照图2所示，本发明的一种用于地铁综合监控系统的双机热备冗余实现系统，包括：冗余配置模块、冗余网络服务模块、冗余消息管理模块和冗余核心管理模块；其中，

冗余配置模块，在配置数据库中下装网络、进程、切换阈值和管理周期等配置信息，为冗余服务的正常工作做准备。在系统启动时，冗余配置模块与配置数据库建立逻辑链接，读取网络、进程等相关配置数据，并申请一定大小的内存空间进行存储。冗余配置模块提供查询服务，供其它模块查询网络、进程等相关信息。

冗余网络服务模块使用TCP/IP协议与被管理进程建立网络连接，开启网络监听，收发Socket消息并处理。冗余网络服务模块支持epoll模型，处理多个并发的网络连接，提升I/O性能。

冗余消息管理模块主要负责对各类消息体进行组装，并调用冗余网络服务模块进行消息的收发，如冗余管理系统主备机之间通信使用的登录消息、主机平安消息，以及进程间状态查询消息等。

冗余核心管理模块，为冗余服务的核心逻辑模块；首先其对配置信息和当前管理进程的主备状态进行信息的存储和管理；根据冗余配置模块解析的管理周期，触发时间事件，由时间事件处理模块进行时间事件的处理。当收到被管理进程发送的状态查询消息时触发网络事件，对网络消息进行解析和处理，并按照事先约定的网络事件处理逻辑进行不同状态报文的拼装和发送。

冗余核心管理模块具有网络事件处理单元和时间事件处理单元，当发生网络事件或时间事件时，通知对应的网络事件处理单元或时间事件处理单元进行处理。

网络事件处理单元定义了网络事件处理的一组接口，对网络事件进行处理；本发明采用epoll模型处理多个并发的网络事件，提升I/O操作性能。

时间事件分为定时事件和周期性事件，当时间事件发生时，系统调用时间事件处理函数processTimeEvents进行处理，时间事件处理函数是时间事件的执行器，这个函数会遍历所有已到达的时间事件，并调用这些事件的处理器。其工作模式示意：

冗余管理系统主备自我判定及主备切换机制

冗余管理主进程本身的主备状态需要进行自我判断。如图3所示，冗余管理系统主备自我判定及主备切换机制如下：

1)本机冗余管理系统启动；

2)冗余核心管理模块，调用冗余网络服务模块向其它节点广播冗余管理主机登录消息；

3)冗余核心管理模块判断是否接收其他节点冗余管理主机应答，若接收到主机应答，则网内已有冗余管理主机，进入步骤9)；若未收到主机应答，则每间隔300ms～500ms进行重发登录信息，并进入步骤4)；

4)判断网内是否存在冗余管理主机，若登录信息的发送次数大于2，则网内不存在冗余管理主机，进入步骤5)；若登录信息的发送此处小于/等于2，则重发登录信息，进入步骤2)；

5)本机成为冗余管理主机，此后，本机接收到其他主机登录消息时，立即回复本机冗余管理主机状态的应答；

6)向网内广播平安报文，报告本机冗余管理主机状态；

7)判断是否存在冗余管理主机状态冲突，若收到其他主机的平安报文，则存在主机状态冲突，进入步骤8)；若未收到其他主机的平安报文，则当前系统各主机状态正常，进入步骤5)；

8)比较本机发送最后一个平安报文时报文中的时间戳和接收到的其他主机平安报文的时间戳，若本机时间戳大于其他主机，则本机状态转为备机，进入步骤9)；若本机时间戳小于其他主机，本机仍然保留主机状态，进入步骤5)；

9)本机转为冗余管理备机状态；

10)广播冗余管理备机平安报文报告本机状态；(此报文用于网内其他机器判断本机是否离线)；

11)判断是否接收到其他主机平安报文，并对报文进行计数，若接收到主机平安报文，系统各主机准备状态正常，进入步骤9)；若未接收到主机平安报文，则统计未收到次数，进入步骤12)；

12)判断未收到主机平安报文次数，若计数小于/等于2，则继续等待主机平安报文，进入步骤9)；若计数大于2，则网内主机已经离线，进入步骤5)。

进一步地，所述步骤8)具体包括：采用先判断出本机为主机、先发送平安报文的原则来决定主机的策略，报文中的时间戳精确到毫秒，认为时间戳再次冲突的概率小或不会发生。

被管理进程主备切换策略及切换实现

冗余管理主服务与各被管理进程之间传递两组消息，进程状态查询消息和进程状态控制消息。如图4所示为被管理进程双机主备切换机制。

13)本机被管理进程启动；

14)本机被管理进程向冗余管理系统查询本进程主备状态；

15)根据冗余管理系统返回的信息判定本机是否为主机，与冗余管理系统无法通信时，不会被判定成主机；若“是”，则进入步骤19)；若“否”，则进入步骤16)；

16)：判断本机原来是否是主进程；若“是”则进入步骤17)；若“否”则进入步骤18)；

17)：从主进程向备进程切换；

18)：作为备用进程；

19)：判断本机原来是否是主进程；若“是”则进入步骤21)；若“否”则进入步骤20)；

20)从备进程向主进程切换；

21)本机作为主进程。

被管理进程启动时及系统运行中周期性向冗余管理主服务发送状态查询消息1-1，冗余管理系统收到查询请求后向被管理进程同步进程状态1-2。具体消息示例如下表1：

表1

本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种用于地铁综合监控系统的双机热备冗余实现方法，基于用于地铁综合监控系统的双机热备冗余实现系统，系统包括：冗余配置模块、冗余网络服务模块、冗余消息管理模块和冗余核心管理模块；

冗余配置模块，用于读取和解析冗余配置信息，获取系统的网络配置信息、进程配置信息和冗余切换相关参数；

冗余网络服务模块，用于与各被管理进程建立网络连接，并传递网络消息；

冗余消息管理模块，用于对各类消息体进行组装和发送；

冗余核心管理模块，对冗余信息数据进行存储和逻辑处理，并用来判断主备切换的时机，控制服务主进程；

其特征在于，包括步骤如下：

冗余管理系统主备自我判定及主备切换：

1)本机冗余管理系统启动；

2)向其它节点广播冗余管理主机登录消息；

3)判断是否接收其他节点冗余管理主机应答，若接收到主机应答，则网内已有冗余管理主机，进入步骤9)；若未收到主机应答，则每间隔300ms～500ms进行重发登录信息，并进入步骤4)；

4)判断网内是否存在冗余管理主机，若登录信息的发送次数大于2，则网内不存在冗余管理主机，进入步骤5)；若登录信息的发送次数小于/等于2，则重发登录信息，进入步骤2)；

5)本机成为冗余管理主机，本机接收到其他主机登录消息时，立即回复本机冗余管理主机状态的应答；

6)向网内广播平安报文，报告本机冗余管理主机状态；

7)判断是否存在冗余管理主机状态冲突，若收到其他主机的平安报文，则存在主机状态冲突，进入步骤8)；若未收到其他主机的平安报文，则当前系统各主机状态正常，进入步骤5)；

8)比较本机发送最后一个平安报文时报文中的时间戳和接收到的其他主机平安报文的时间戳，若本机时间戳大于其他主机，则本机状态转为备机，进入步骤9)；若本机时间戳小于其他主机，本机仍然保留主机状态，进入步骤5)；

9)本机转为冗余管理备机状态；

10)广播冗余管理备机平安报文报告本机状态；

11)判断是否接收到其他主机平安报文，并对报文进行计数，若接收到其他主机平安报文，系统各主机准备状态正常，进入步骤9)；若未接收到主机平安报文，则统计未收到次数，进入步骤12)；

12)判断未收到其他主机平安报文次数，若计数小于/等于2，则继续等待主机平安报文，进入步骤9)；若计数大于2，则网内主机已经离线，进入步骤5)；

被管理进程主备切换策略及切换：

13)本机被管理进程启动；

14)本机被管理进程向冗余管理系统查询本进程主备状态；

15)根据冗余管理系统返回的信息判定本机是否为主机，与冗余管理系统无法通信时，不会被判定成主机；若“是”，则进入步骤19)；若“否”，则进入步骤16)；

16)：判断本机原来是否是主进程；若“是”则进入步骤17)；若“否”则进入步骤18)；

17)：从主进程向备进程切换；

18)：作为备用进程；

19)：判断本机原来是否是主进程；若“是”则进入步骤21)；若“否”则进入步骤20)；

20)从备进程向主进程切换；

21)本机作为主进程。

2.根据权利要求1所述的用于地铁综合监控系统的双机热备冗余实现方法，其特征在于，所述步骤8)具体包括：采用先判断出本机为主机、先发送平安报文的原则来决定主机的策略，报文中的时间戳精确到毫秒，认为时间戳再次冲突的概率小或不会发生。

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