CN110677282B - 一种分布式系统的热备份方法及分布式系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种分布式系统的热备份方法及分布式系统，涉及分布式系统和以太网技术领域。该方法通过以太网和DDS中间件技术，使得分布式系统中所有设备节点能够动态地发现彼此，根据主题、数据类型以及服务质量策略进行匹配，只有匹配成功后才会建立通信连接。一旦检测到系统中某个主设备节点不可用时，用从设备节点替换当前故障的主设备节点，重新匹配和建立通信连接，从而实现主设备节点的热备份。本发明提出的方法不需要采用仲裁机构，易于实现，具有成本低，可靠性高，具有多机间相互热备份等优点，降低了分布式系统的冗余度，最大限度的保证了分布式系统网络的实时性、可用性和可靠性。

Description

一种分布式系统的热备份方法及分布式系统
技术领域
本发明涉及分布式系统和以太网技术领域，具体涉及一种分布式系统的热备份方法及分布式系统。
背景技术
热备份是容错系统中的一个重要机制，利用故障点转移的方式保障分布式系统业务的不间断运行。
目前最常见的热备份技术是双机热备系统，通常采用如下两种方案：
采用第三方仲裁机构实现故障检测和双机切换；
不用第三方仲裁机构，通过主备机身份识别，建立主备机之间的心跳通信，在主备机同步工作的前提下，实现主备机故障检测和切换。
上述两种方法均能实现双机热备功能，但是也都存在不足之处。
第一种双机容错技术的缺点是若第三方仲裁机构出现故障，则无法实现双机故障检测；第二种双机容错技术虽然没有利用第三方仲裁机构，但是其只能勉强应付软件接口和设备个数较少的系统，一旦系统较为庞大，或是软件接口较多时，系统实现的复杂性会增加，而可靠性会降低，不适用于分布式系统的热备份。
为了解决上述热备份技术存在的不足，提高系统的可靠性，需要提出一种适用于分布式系统的热备份方法。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何实现一种适用于分布式系统的热备份方法。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种分布式系统的热备份方法，该方法适用于分布式系统中多个设备之间存在主从设备之分的情况，利用DDS数据分发服务实现对分布式系统中多个设备的热备份。
优选地，该方法包括以下步骤：分布式系统中的每个主设备节点和每个从设备节点都是域参与者，系统上电后，每个域参与者通过内置数据写入者发送发布数据包和订阅数据包，通过内置数据读取者接收远程域参与者发送的发布数据包和订阅数据包，当发现一个远程的数据写入者或数据读取者时，DDS中间件决策本设备节点上是否有匹配的数据读取者或数据写入者，只有当数据写入者或数据读取者有相同的主题、数据类型以及兼容的服务质量策略时，本设备节点与远程设备节点才能进行匹配，分布式系统中的主设备节点和从设备节点通过上述方式匹配成功后才能进行相互通信；
在分布式系统中使用DDS的LIVELINESS服务质量策略，从设备节点通过该服务质量策略判决主设备节点是否仍处于存活状态，当分布式系统中有主设备节点在工作时出现故障导致其自身不再处于存活状态时，意味着该主设备节点的数据写入者未能在规定的时间内向其它设备节点发送自己的心跳信号，此时从设备节点将自身的IP 地址设置为主设备节点的IP地址，接管主设备节点的功能，成为新的主设备节点，完成了设备的热备份工作。
优选地，分布式系统中的主设备节点和从设备节点通过如下的互发心跳报文的方式监视彼此的活跃状态：每个域参与者通过内置数据写入者发送心跳报文给远程域参与者，通过内置数据读取者接收远程域参与者的心跳报文，用于发现其它域参与者的信息，每个本地域参与者通过高效组播传输方式周期性地向远程域参与者发送心跳报文，用于刷新其自身活跃状态；每个本地域参与者都会在本地数据库中维护着远程参与者的心跳信息，并监视它们的活跃期限；每个主设备节点都将自己的数据读取者和数据写入者信息发送给从设备节点，每个从设备节点都存储系统中主设备节点的数据读取者和数据写入者信息，当从设备节点替换主设备节点时，DDS机制将会发送消息给系统内所有设备节点。
优选地，分布式系统内的所有设备节点开始正常通信后，系统内的主设备节点周期性地向从设备节点发布关键的系统状态信息，从设备节点也实时订阅主设备节点发布的主题消息。
优选地，采用如下方法监测主设备节点是否处于存活状态：假设从设备节点发送心跳报文的周期为T，若系统内从设备节点在超时时间T内未接收到主设备节点的心跳报文，从设备节点向主设备节点发起询问，询问的超时时间减半变为T/2，若又一次询问超时则超时时间再减半变为T/4，再次询问，如此反复，直到超时时间小于预设临界值t时，才认为主设备节点不处于存活状态。
优选地，t>0。
本发明还提供了一种基于主从设备关系的分布式系统，包括所述的方法中涉及的主设备节点和从设备节点。
优选地，所述主设备节点和从设备节点组成系统的应用层。
优选地，所述系统还包括中间件层，
优选地，所述系统还包括支撑层。
(三)有益效果
本发明通过以太网和DDS中间件技术，使得分布式系统中所有设备节点能够动态地发现彼此，根据主题、数据类型以及服务质量策略进行匹配，只有匹配成功后才会建立通信连接。一旦检测到系统中某个主设备节点不可用时，用从设备节点替换当前故障的主设备节点，重新匹配和建立通信连接，从而实现主设备节点的热备份。这种方法适用于分布式系统中存在主从设备关系的多个设备节点热备份，本发明提出的方法不需要采用仲裁机构，易于实现，具有成本低，可靠性高，具有多机间相互热备份等优点，降低了分布式系统的冗余度，最大限度的保证了分布式系统网络的实时性、可用性和可靠性。
附图说明
图1为本发明的基于主从设备关系的分布式系统框架示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明设计一种适用于分布式系统的热备份方法，该方法适用于分布式系统中多个设备之间存在主从设备之分的情况，通过以太网实现对分布式系统中的多个设备热备份，为实现在分布式系统中多个设备的热备份，必须保证各设备节点在动态地加入和退出时不影响其它设备节点的功能，DDS中参与通信的所有实体间能够动态地发现对方，然后根据主题、数据类型以及服务质量策略进行匹配，只有匹配成功后才会建立通信连接。如果分布式系统中的多个设备之间有主设备和从设备之分，从设备作为主设备的热备份，利用DDS的自动发现机制，一旦检测到系统中某个主设备节点不可用时，用从设备节点替换当前故障的主设备节点，重新匹配和建立通信连接，从而实现主设备节点的热备份。
该方法利用DDS(Data Distribution Service)数据分发服务实现对分布式系统中多个设备的热备份，具体包括以下步骤：分布式系统中的每个设备都是域参与者，系统上电后，每个域参与者(包括主设备节点和从设备节点)通过内置数据写入者发送发布数据包和订阅数据包，通过内置数据读取者接收远程域参与者发送的发布数据包和订阅数据包。当发现一个远程的数据写入者或数据读取者时，DDS中间件决策本设备节点上是否有匹配的数据读取者或数据写入者，只有当数据写入者或数据读取者有相同的主题、数据类型以及兼容的服务质量策略时，本设备节点与远程设备节点才能进行匹配。分布式系统中的主设备节点和从设备节点通过上述方式匹配成功后才能进行相互通信；
在分布式系统中使用DDS的LIVELINESS服务质量策略，从设备节点通过该服务质量策略判决主设备节点是否仍处于存活状态，当分布式系统中有主设备节点在工作时出现故障导致其自身不再处于存活状态时，意味着该主设备节点的数据写入者未能在规定的时间内向其它设备节点发送自己的心跳信号，此时从设备节点将自身的IP 地址设置为主设备节点的IP地址，接管主设备节点的功能，成为新的主设备节点，完成了设备的热备份工作；
分布式系统中的主设备节点和从设备节点通过如下的互发心跳报文的方式监视彼此的活跃状态：每个域参与者通过内置数据写入者发送心跳报文给远程域参与者，通过内置数据读取者接收远程域参与者的心跳报文，用于发现其它域参与者的信息，每个本地域参与者通过高效组播传输方式周期性地向远程域参与者发送心跳报文，用于刷新其自身活跃状态；每个本地域参与者都会在本地数据库中维护着远程参与者的心跳信息，并监视它们的活跃期限；每个主设备节点都将自己的数据读取者和数据写入者信息发送给从设备节点，每个从设备节点都存储系统中主设备节点的数据读取者和数据写入者信息，当从设备节点替换主设备节点时，DDS机制将会发送消息给系统内所有设备节点；
分布式系统内的所有设备节点开始正常通信后，系统内的主设备节点周期性地向从设备节点发布关键的系统状态信息，从设备节点也实时订阅主设备节点发布的主题消息；
在监测主设备节点是否处于存活状态时，采用了如下方法：假设从设备节点发送心跳报文的周期为T，若系统内从设备节点在T(T 为超时时间)内未接收到主设备节点的心跳报文，从设备节点向主设备节点发起询问，询问的超时时间减半(超时时间为T/2)，若又一次询问超时则超时时间再减半(超时时间为T/4)，再次询问，如此反复，直到超时时间小于预设临界值t(t>0)时，才认为主设备节点不处于存活状态。这样做的好处是避免了网络丢包和网络传输延迟等不确定因素，减低了误判的概率，提高了节点监测的准确性和实时性。
基于主从设备关系的分布式系统框架示意图如图1所示。
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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种分布式系统的热备份方法，其特征在于，该方法适用于分布式系统中多个设备之间存在主从设备之分的情况，利用DDS数据分发服务实现对分布式系统中多个设备的热备份；
该方法包括以下步骤：分布式系统中的每个主设备节点和每个从设备节点都是域参与者，系统上电后，每个域参与者通过内置数据写入者发送发布数据包和订阅数据包，通过内置数据读取者接收远程域参与者发送的发布数据包和订阅数据包，当发现一个远程的数据写入者或数据读取者时，DDS中间件决策本设备节点上是否有匹配的数据读取者或数据写入者，只有当数据写入者或数据读取者有相同的主题、数据类型以及兼容的服务质量策略时，本设备节点与远程设备节点才能进行匹配，分布式系统中的主设备节点和从设备节点通过这种方式匹配成功后进行相互通信；
在分布式系统中使用DDS的LIVELINESS服务质量策略，从设备节点通过该服务质量策略判决主设备节点是否仍处于存活状态，当分布式系统中有主设备节点在工作时出现故障导致其自身不再处于存活状态时，意味着该主设备节点的数据写入者未能在规定的时间内向其它设备节点发送自己的心跳信号，此时从设备节点将自身的IP地址设置为主设备节点的IP地址，接管主设备节点的功能，成为新的主设备节点，完成了设备的热备份工作。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，分布式系统中的主设备节点和从设备节点通过如下的互发心跳报文的方式监视彼此的活跃状态：每个域参与者通过内置数据写入者发送心跳报文给远程域参与者，通过内置数据读取者接收远程域参与者的心跳报文，用于发现其它域参与者的信息，每个本地域参与者通过组播传输方式周期性地向远程域参与者发送心跳报文，用于刷新其自身活跃状态；每个本地域参与者都会在本地数据库中维护着远程参与者的心跳信息，并监视它们的活跃期限；每个主设备节点都将自己的数据读取者和数据写入者信息发送给从设备节点，每个从设备节点都存储系统中主设备节点的数据读取者和数据写入者信息，当从设备节点替换主设备节点时，DDS机制将会发送消息给系统内所有设备节点。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，分布式系统内的所有设备节点开始正常通信后，系统内的主设备节点周期性地向从设备节点发布关键的系统状态信息，从设备节点也实时订阅主设备节点发布的主题消息。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，采用如下方法监测主设备节点是否处于存活状态：假设从设备节点发送心跳报文的周期为T，若系统内从设备节点在超时时间T内未接收到主设备节点的心跳报文，从设备节点向主设备节点发起询问，询问的超时时间减半变为T/2，若又一次询问超时则超时时间再减半变为T/4，再次询问，如此反复，直到超时时间小于预设临界值t时，才认为主设备节点不处于存活状态。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，t>0。
6.一种基于主从设备关系的分布式系统，其特征在于，包括如权利要求1至5中任一项所述的方法中涉及的主设备节点和从设备节点。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述主设备节点和从设备节点组成系统的应用层。
8.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括中间件层。
9.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括支撑层。
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