CN110990157A - 一种适应微线程机制的录波主站通信传输系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种适应微线程机制的录波主站通信传输系统及其方法，链路不通、异常、录波器通信服务这类容易瞬间判定的故障，立即返回，无需进行大循环轮流检测；丢包、超时这类隐形、耗时判断型的故障，不再单独进行排队检测，转为常态性监测，实时返回状态。一旦成立，则不再执行后续指令；发送和接收缓冲区监视同主站应用息息相关，交给主线程轮值，随时进行数据整理，和异常终止；一旦判断出链路故障，立即返回，零等待，零CPU负荷；相比于线程串行判断任务执行条件是否满足，本发明通过微线程实现并行判断任务执行条件是否满足，当其中有一个条件不满足，则立即返回并终止当前任务，无需进入循环轮流检测，降低CPU负荷和客户端等待时间。

Description

一种适应微线程机制的录波主站通信传输系统及其方法
技术领域
本发明涉及通信服务中微线程技术领域，尤其涉及一种适应微线程机制的录波主站通信传输系统及其方法。
背景技术
录波系统通信服务从大业务和时序流程上可依次分为通信传输、数据组合、归档存储、分析计算、转存发布。其中，通信传输是主站对各录波器进行一对多处理，在系统实时性因素中占有绝对权重。通信传输除了数据收发和规约解析之外，还有链路质量判断。信息集成类项目，远程数据采集均基于TCP协议，也就是可靠传输机制，对链路的要求非常高。而电力系统的数据网是个非常复杂的网络，存在环节多、设备杂、分期建设和故障点多的问题，其链路故障的表现具有时间点上的随意性、时间长度的不确定性以及识别的隐蔽性等，经常造成客户端没有必要的持久等待和不明原因的CPU负载高居不下。因此，为解决上述问题，本发明提出一种适应微线程机制的录波主站通信传输系统及其方法，链路不通、异常、录波器通信服务这类容易瞬间判定的故障，立即返回，无需进行大循环轮流检测；丢包、超时这类隐形、耗时判断型的故障，不再单独进行排队检测，转为常态性监测，实时返回状态，从而降低CPU负荷以及客户端等待时间。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种适应微线程机制的录波主站通信传输系统及其方法，链路不通、异常、录波器通信服务这类容易瞬间判定的故障，立即返回，无需进行大循环轮流检测；丢包、超时这类隐形、耗时判断型的故障，不再单独进行排队检测，转为常态性监测，实时返回状态，从而降低CPU负荷以及客户端等待时间。
本发明的技术方案是这样实现的：一方面，本发明提供了一种适应微线程机制的录波主站通信传输系统，其包括主站端口、多个任务模块，任务模块包括多个子任务模块和协程模块；
主站端口用于对外端信息进行接收，然后将接收的信息分配到多个任务模块中，多个任务模块并行处理，子任务模块将一个任务模块中的任务划分为多个子任务，多个子任务并行处理，协程模块判断多个子任务并行处理时，是否满足子任务执行条件，若有一个子任务执行条件不满足，则直接返回并终止当前任务。
在以上技术方案的基础上，优选的，多个所述子任务的子任务执行条件各不相同；
子任务执行条件为链路是否连通、Socket是否可用、是否超时、链路是否丢包、录波服务是否退出、是否有其他异常、发缓冲是否有新数据、收缓冲是否可读、是否包校验、数据是否重组中的一个条件；
链路是否连通、Socket是否可用、是否超时、链路是否丢包、录波服务是否退出、是否有其他异常、发缓冲是否有新数据、收缓冲是否可读作为并行条件进行并行处理，当并行条件中有一个条件不满足时，直接返回并终止当前任务；当并行条件满足后，先判断是否需要包校验，不需要，则直接返回并终止当前任务，需要则判断数据是否重组，若数据重组，则进行后续处理，若数据不重组，则直接返回并终止当前任务。
另一方面，本发明提供一种适应微线程机制的录波主站通信传输方法，包括以下步骤：
S1、CPU接收录波器发放的信息，并将其分配为多个并行处理的任务，为每个任务安排一个线程来执行；
S2、当任务本身含有耗时部分的过程时，将该任务进行二次解构和拆细，形成具备逻辑关系的子任务组，为每个子任务安排一个微线程来执行，并且任务组中的子任务并行处理；
S3、微线程在锁定CPU资源前，同时判断并行执行的子任务是否满足子任务执行条件，若满足，则立即锁定CPU，根据具体指令执行任务，执行完即返回释放掉CPU资源；若不满足，则直接返回并终止当前任务。
在以上技术方案的基础上，优选的，多个子任务的子任务执行条件各不相同；
子任务执行条件为链路是否连通、Socket是否可用、是否超时、链路是否丢包、录波服务是否退出、是否有其他异常、发缓冲是否有新数据、收缓冲是否可读、是否包校验、数据是否重组中的一个条件；
所述链路是否连通、Socket是否可用、是否超时、链路是否丢包、录波服务是否退出、是否有其他异常、发缓冲是否有新数据、收缓冲是否可读作为并行条件进行并行处理，当并行条件中有一个条件不满足时，直接返回并终止当前任务；当并行条件满足后，先判断是否需要包校验，不需要，则直接返回并终止当前任务，需要则判断数据是否重组，若数据重组，则进行后续处理，若数据不重组，则直接返回并终止当前任务。
进一步优选的，在子任务繁重时衍生多个微线程和一个协程来执行任务，随后自行销毁。
进一步优选的，微线程包含一个调度机制叫协程，微线程中如果需要阻塞的时候就把具体工作交给外部协作协程来处理，等处理完了再回到微线程中继续执行。
本发明的一种适应微线程机制的录波主站通信传输系统及其方法相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)链路不通、异常、录波器通信服务这类容易瞬间判定的故障，立即返回，无需进行大循环轮流检测；
(2)丢包、超时这类隐形、耗时判断型的故障，不再单独进行排队检测，转为常态性监测，实时返回状态。一旦成立，则不再执行后续指令；
(3)发送和接收缓冲区监视同主站应用息息相关，交给主线程轮值，随时进行数据整理，和异常终止；
(4)一旦判断出链路故障，立即返回，零等待，零CPU负荷。
(5)相比于线程串行判断任务执行条件是否满足，本发明通过微线程实现并行判断任务执行条件是否满足，当其中有一个条件不满足，则立即返回并终止当前任务，无需进入循环轮流检测，降低了CPU负荷和客户端等待时间。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种适应微线程机制的录波器通信传输方法中微线程的解构和重组流程；
图2为本发明一种适应微线程机制的录波器通信传输方法中线程和微线程消耗CPU的比较图；
图3为本发明一种适应微线程机制的录波器通信传输方法中微线程的结构改造。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
本实施例中，首先讨论因链路故障造成客户端没有必要的持久等待和不明原因的CPU负载高居不下的原因。经分析得出，传统的系统一般利用线程解决主站同厂站端设备的一对多模式，已经成为录波和保护等信息系统的标准技术，但是线程有其局限性，从技术原理上讲存在以下技术问题：
(1)线程解决了多任务，不一定提升效率：线程充分挖掘了主机多CPU、多核的资源优势，可以同时启动多个任务，实现CPU资源的共享。具体应用上，系统通常为每个任务安排一个线程来执行，当任务本身含有耗时部分的过程时，执行该任务的线程就陷入“僵死”，不仅不接受主机CPU任何指令，还导致CPU被动空转。
(2)同步/异步：系统设计者最常见的方法是在同步且阻塞的时候开辟线程或线程池，异步的时候使用回调函数或异步委托。而无论同步、异步其实都是借助其他线程来处理，处理过程必须依赖线程同步，如通知主线程或对结果处理后再次做异步处理等，此时需要借助semaphore/event、join之类繁琐机制来完成，劳心费力。
(3)性能：为了获取最佳性能而开辟很多线程，但是线程开多了导致机器负载增加反而降低性能，开少了又无法满足需求。以录波主站或继电保护故障信息系统为例，做tcp服务端设计时不可能使用一个线程单独去处理一个socket请求，而可能的方法是用一个线程来监控一组socket(select检测)，再单独为I/O开辟线程。通信除了收发字符之外，有链路质量监测、超时、纠错、生命周期等复杂因素，任何一个环节堵塞，就会造成一个socket进入“伪连接”，阻断线程。
(4)在同一时间片只能有一个线程针对一个cpu执行指令，而其他的线程必须被挂起，然后内核调度程序不断的唤醒/挂起线程来模拟多个任务的执行，而如果对线程使用不当就会造成过多的线程切换开销。
(5)线程在执行一个任务的时候会按照顺序执行，一旦执行不下去则进入无限循环(挂起)直至销毁，在任务执行的全程都在消耗CPU资源，该过程任何一个细微环节出现停顿和延时，整个线程就陷入停顿，从而影响线程的维护和管理者，反应在指标上就是主机CPU负荷率上升。
上述5点原因就是造成CPU负载高居不下的原因，另外，由于线程在判断链路故障时，对于有些易于判断的故障，系统无法立即返回并结束当前任务，需要再进行大循环轮流检测，这个过程需要等待，增加CPU负荷，因此，客户端需要等待较长时间。
基于上述5点原因，如图1所示，本实施例提出了一种适应微线程机制的录波主站通信传输系统，其包括主站端口、多个任务模块，其中，任务模块包括多个子任务模块和协程模块；
主站端口用于对外端信息进行接收，然后将接收的信息分配到多个任务模块中，多个任务模块并行处理，子任务模块将一个任务模块中的任务划分为多个子任务，多个子任务并行处理，协程模块判断多个子任务并行处理时，是否满足子任务执行条件，若有一个子任务执行条件不满足，则直接返回并终止当前任务。
进一步优选的，多个子任务的子任务执行条件各不相同。
进一步优选的，子任务执行条件为链路是否连通、Socket是否可用、是否超时、链路是否丢包、录波服务是否退出、是否有其他异常、发缓冲是否有新数据、收缓冲是否可读、是否包校验、数据是否重组中的一个条件；
如图3所示，链路是否连通、Socket是否可用、是否超时、链路是否丢包、录波服务是否退出、是否有其他异常、发缓冲是否有新数据、收缓冲是否可读作为并行条件进行并行处理，当并行条件中有一个条件不满足时，直接返回并终止当前任务；当并行条件满足后，先判断是否需要包校验，不需要，则直接返回并终止当前任务，需要则判断数据是否重组，若数据重组，则进行后续处理，若数据不重组，则直接返回并终止当前任务。
本实施例的有益效果为：链路不通、异常、录波器通信服务这类容易瞬间判定的故障，立即返回，无需进行大循环轮流检测；
丢包、超时这类隐形、耗时判断型的故障，不再单独进行排队检测，转为常态性监测，实时返回状态。一旦成立，则不再执行后续指令；
发送和接收缓冲区监视同主站应用息息相关，交给主线程轮值，随时进行数据整理，和异常终止；
一旦判断出链路故障，立即返回，零等待，零CPU负荷。
实施例2
在实施例1的基础上，本实施例提供一种适应微线程机制的录波主站通信传输方法，包括以下步骤：
S1、CPU接收录波器发放的信息，并将其分配为多个并行处理的任务，为每个任务安排一个线程来执行；
S2、当任务本身含有耗时部分的过程时，将该任务进行二次解构和拆细，形成具备逻辑关系的子任务组，为每个子任务安排一个微线程来执行，并且任务组中的子任务并行处理；
其中，S2中任务本身含有耗时部分时，如图2所示，在执行具体任务时，线程是“状态式”，在任务执行的全程都在消耗CPU资源(t1+t2)，即使任务中有Sleep之类的空指令。而微线程则是“脉冲式”，有具体指令就执行，执行完即返回释放掉CPU资源，性能大增，轮训时间t1+t2+t3+……，变化为max{t1t2t3……}，压缩了时间，提高了CPU性能，同时降低了客户端的等待时间。
S3、微线程在锁定CPU资源前，同时判断并行执行的子任务是否满足子任务执行条件，若满足，则立即锁定CPU，根据具体指令执行任务，执行完即返回释放掉CPU资源；若不满足，则直接返回并终止当前任务。
其中，微线程在锁定CPU资源前会判断当前执行的子任务是否满足子任务执行条件，若满足，则立即锁定CPU，执行完即返回释放掉CPU资源，使得CPU性能大增；若不满足，即发现故障，则立即返回并终止当前任务，不用进入无限循环(挂起)直至销毁，降低了客户端的等待时间和CPU负荷。
进一步优选的，多个子任务的子任务执行条件各不相同；
进一步优选的，子任务执行条件为链路是否连通、Socket是否可用、是否超时、链路是否丢包、录波服务是否退出、是否有其他异常、发缓冲是否有新数据、收缓冲是否可读、是否包校验、数据是否重组中的一个条件；
如图3所示，链路是否连通、Socket是否可用、是否超时、链路是否丢包、录波服务是否退出、是否有其他异常、发缓冲是否有新数据、收缓冲是否可读作为并行条件进行并行处理，当并行条件中有一个条件不满足时，直接返回并终止当前任务；当并行条件满足后，先判断是否需要包校验，不需要，则直接返回并终止当前任务，需要则判断数据是否重组，若数据重组，则进行后续处理，若数据不重组，则直接返回并终止当前任务。
进一步优选的，如图1所示，在S2中微线程包含一个调度机制叫协程，微线程中如果需要阻塞的时候就把具体工作交给外部协作协程来处理，等处理完了再回到微线程中继续执行。
进一步优选的，在子任务繁重时衍生多个微线程和一个协程来执行任务，随后自行销毁。
本实施例的有益效果为：链路不通、异常、录波器通信服务这类容易瞬间判定的故障，立即返回，无需进行大循环轮流检测；
丢包、超时这类隐形、耗时判断型的故障，不再单独进行排队检测，转为常态性监测，实时返回状态。一旦成立，则不再执行后续指令；
发送和接收缓冲区监视同主站应用息息相关，交给主线程轮值，随时进行数据整理，和异常终止；
一旦判断出链路故障，立即返回，零等待，零CPU负荷。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，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保护范围之内。

Claims (6)

1.一种适应微线程机制的录波主站通信传输系统，其包括主站端口、多个任务模块，其特征在于：所述任务模块包括多个子任务模块和协程模块；
所述主站端口用于对外端信息进行接收，然后将接收的信息分配到多个任务模块中，多个任务模块并行处理，子任务模块将一个任务模块中的任务划分为多个子任务，多个子任务并行处理，协程模块判断多个子任务并行处理时，是否满足子任务执行条件，若有一个子任务执行条件不满足，则直接返回并终止当前任务。
2.如权利要求1所述的一种适应微线程机制的录波主站通信传输系统，其特征在于：多个所述子任务的子任务执行条件各不相同；
所述子任务执行条件为链路是否连通、Socket是否可用、是否超时、链路是否丢包、录波服务是否退出、是否有其他异常、发缓冲是否有新数据、收缓冲是否可读、是否包校验、数据是否重组中的一个条件；
所述链路是否连通、Socket是否可用、是否超时、链路是否丢包、录波服务是否退出、是否有其他异常、发缓冲是否有新数据、收缓冲是否可读作为并行条件进行并行处理，当并行条件中有一个条件不满足时，直接返回并终止当前任务；当并行条件满足后，先判断是否需要包校验，不需要，则直接返回并终止当前任务，需要则判断数据是否重组，若数据重组，则进行后续处理，若数据不重组，则直接返回并终止当前任务。
3.一种适应微线程机制的录波主站通信传输方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、CPU接收录波器发放的信息，并将其分配为多个并行处理的任务，为每个任务安排一个线程来执行；
S2、当任务本身含有耗时部分的过程时，将该任务进行二次解构和拆细，形成具备逻辑关系的子任务组，为每个子任务安排一个微线程来执行，并且任务组中的子任务并行处理；
S3、微线程在锁定CPU资源前，同时判断并行执行的子任务是否满足子任务执行条件，若满足，则立即锁定CPU，根据具体指令执行任务，执行完即返回释放掉CPU资源；若不满足，则直接返回并终止当前任务。
4.如权利要求3所述的一种适应微线程机制的录波主站通信传输方法，其特征在于：多个所述子任务的子任务执行条件各不相同；
所述子任务执行条件为链路是否连通、Socket是否可用、是否超时、链路是否丢包、录波服务是否退出、是否有其他异常、发缓冲是否有新数据、收缓冲是否可读、是否包校验、数据是否重组中的一个条件；
所述链路是否连通、Socket是否可用、是否超时、链路是否丢包、录波服务是否退出、是否有其他异常、发缓冲是否有新数据、收缓冲是否可读作为并行条件进行并行处理，当并行条件中有一个条件不满足时，直接返回并终止当前任务；当并行条件满足后，先判断是否需要包校验，不需要，则直接返回并终止当前任务，需要则判断数据是否重组，若数据重组，则进行后续处理，若数据不重组，则直接返回并终止当前任务。
5.如权利要求4所述的一种适应微线程机制的录波主站通信传输方法，其特征在于：在子任务繁重时衍生多个微线程和一个协程来执行任务，随后自行销毁。
6.如权利要求3所述的一种适应微线程机制的录波主站通信传输方法，其特征在于：所述微线程包含一个调度机制叫协程，微线程中如果需要阻塞的时候就把具体工作交给外部协作协程来处理，等处理完了再回到微线程中继续执行。
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