CN112037873A - 一种基于集群选主和共识机制的单点优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于集群选主和共识机制的单点优化方法，其步骤包括：1、在初始时，服务器发出支持自身的投票信息，根据广播的投票信息对各台服务器进行集群选主，2、在发生单点故障时，根据各台服务器已有的投票信息重新进行集群选主，3、初始时设置高效副本集合，在服务器工作期间，根据备份情况增删高效备份副本。本发明使用集群选主以及动态变化的高效副本来达成共识，从而能够高效的完成病历信息的备份，进而能够在部分医院数据库发生故障产生单点问题时，保证服务器集群的正常运行。

Description

一种基于集群选主和共识机制的单点优化方法

技术领域

本发明属于区块链技术领域，具体的说是一种基于集群选主和共识机制的单点优化方法。

背景技术

目前真正的电子病历数据还是存储在医疗机构本地的数据库中。Web系统设计的初衷就是为了支持大规模多用户访问的，而医疗机构的数据库不是为这个目标设计的，它只是为了支持医院自身的流程管理和分析应用而已。

目前去中央数据库的设计并不能避免单点失败的尴尬，它只是具有分布式处理的一些优势，同时也带来了一些分布式系统的问题，去中央数据库虽然通过多个医院组成联盟接入区块链，打破了信息孤岛，实现了病历共享，借助去中心化的不可篡改的特性保证了病历数据本身的安全，但是并没有考虑到更大层面包括整个系统自身的安全问题，在设计之初，仅仅是从系统正常运行的角度进行设计，一旦参与病历系统的某个或者某些医院自身出现问题，整个电子病历系统将直接丧失作用。

一旦医疗机构的数据库不能被访问，就像微博宕机一样，什么数据都访问不了。而在真正的电子病历系统中，由于大量用户的使用，电子病历系统是非常有可能出现单点问题的，基于病历本身的重要性，病人的病历信息如果出现问题，容易在就医时导致错误判断，所以一定要安全可靠，传统的病历系统无法确保病人无论何时都能得到安全可靠的服务，以保障病人在正常就医时的隐私安全。

发明内容

本发明是为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出一种基于集群选主和共识机制的单点优化方法，以期能使用集群选主以及动态变化的高效副本来达成共识，从而能够高效的完成病历信息的备份，进而能够在部分医院数据库发生故障产生单点问题时，保证服务器集群的正常运行。

本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：

本发明一种基于集群选主和共识机制的单点优化方法的特点是应用于由n台服务器B＝{B₁,B₂,...,B_i,...,B_n}和m个医院数据库所组成的服务器集群中，其中，B_i表示第i台服务器，令第i台服务器上的第j个医院数据库记为

1≤i≤n；1≤j≤m；所述单点优化方法是按如下步骤执行：

步骤一，对各台服务器进行集群选主；

步骤1.1、定义所述第i台服务器B_i的当前投票轮数为E_i；定义所述第i台服务器B_i的启动次序为M_i；

步骤1.2、所述第i台服务器B_i发起第E_i轮投票，并将所述第i台服务器B_i的启动次序M_i和投票轮数E_i组成投票消息(M_i,E_i)后进行广播；当E_i＝1时，所述第i台服务器B_i选举自己；

步骤1.3、所述第i台服务器B_i接收来自于其他k_i个服务器发送的投票消息，并将其他服务器的投票消息与自身的投票消息(M_i,E_i)进行比较，若当前投票轮数E_i的值不相同，则将所有投票轮数中的最大值赋值给E_i，若当前投票轮数E_i的值相同，则将所有启动次序中的最大值赋值给M_i；

步骤1.4、统计第E_i轮投票中参与的服务器数量是否大于等于n/2，若是，则表示启动次序M_i所对于的服务器为主服务器，其他k_i个服务器均为从服务器；否则，将E_i+1赋值给E_i后，返回步骤1.2继续执行；

步骤二、判断主服务器是否发生故障，若发生故障，则将E_i+1赋值给E_i；返回步骤1.2；否则，执行步骤三；

步骤三：设置一个备份副本集合F＝{f₁,f₂,...,f_p,...,f_k}，f_p表示第p个从服务器的备份副本，1≤p≤k_i；

步骤3.1、定义从服务器已备份的最大可读数据所在的地址为HW；定义主服务器中医院数据库的最后一条数据的地址为LEO；定义副本在复制消息时所允许的最大延迟时间为t；

步骤3.2、用δ_L判断是否有新增病历信息，若δ_L＝1时，则表示存在新增病历信息，并将LEO+1赋值给LEO后，执行步骤3.3；若δ_L＝0，则表示不存在新增病历信息；并等待最大延迟时间t后，重复执行步骤3.2；

步骤3.3、所述备份副本集合F中的所有副本均对主服务器新增病例信息进行备份；

步骤3.4、用

表示第p个备份副本f_p是否在最大延迟时间t内完成备份，若

则表明第p个备份副本f_p在最大延迟时间t内完成备份，并保留第p个备份副本f_p；若

则表明第p个备份副本f_p未能最大延迟时间t内完成备份，并将第p个备份副本从所述备份副本集合F中删除；

步骤3.5、用

来表示所有副本是否均完成备份，若

则表示所有副本均已完成备份，并将HW+1赋值给HW，使得主服务器的医院数据库进行读取时的最大地址为HW，从而达成共识机制；若

则表示存在部分副本未能完成备份，则HW保持不变；

步骤3.6、判断主服务器是否发生故障，若发生故障，返回步骤1.2，否则返回步骤3.2。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明利用服务器集群中的服务器广播发出的投票信息来进行主服务器选举，且不断变化的投票信息保证了一旦发生单点故障，能够高效地选出新的主服务器，并且在新的主服务器中保存着完整的病历信息，使得服务器集群运行不受影响。

2、本发明通过设置高效备份副本集合，定期对高效备份副本集合进行检查，将一段时间内无法与主服务器数据保持一致的备份副本移出集合，保证了备份副本的可靠性，确保了当医院数据库出现问题时，高效备份副本集合中的副本都是可靠的，减少了副本选取时的工作量，提高了效率。

3、本发明通过对备份结点所保存内容的定期检查，将各个备份结点中的内容与主服务所保存的内容进行比较，达成所能访问的病历信息最大地址的共识，通过共识机制在医院数据库内部的应用，保证了无论服务器集群是否发生故障，所能访问的病历信息均是可靠的，保证了病历数据的安全性。

附图说明

图1为本发明的整体流程图。

具体实施方式

本实施例中，一种基于集群选主和共识机制的单点优化方法，是应用于由n台服务器B＝{B₁,B₂,...,B_i,...,B_n}和m个医院数据库所组成的服务器集群中，其中，B_i表示第i台服务器，令第i台服务器上的第j个医院数据库记为

1≤i≤n；1≤j≤m；如图1所示，该单点优化方法是按如下步骤执行：

步骤一，对各台服务器进行集群选主，选出主服务器来作为领导者，任何对数据库的操作都要通过主服务器进行，确保在正常工作时统一接收调度，高效完成操作；

本实施例中，服务器集群所保存的病人病历数据是存放在各个医院的数据库所对应的的服务器之中，在服务器只是运行保存数据之前，先对服务器进行集群选主，选出一台主服务器，当医生对病人病历进行修改或者操作时，会通过主服务器来进行操作，其他服务器服从主服务器管理，按照主服务器的要求去实时更新数据；

步骤1.1、定义第i台服务器B_i的当前第i台服务器自身的投票轮数为E_i；定义第i台服务器B_i的启动次序为M_i，根据所定义的投票轮数和启动次序，来进行比较判断，选出最为可靠的服务器作为主服务器；

步骤1.2、第i台服务器B_i发起第E_i轮投票，并将第i台服务器B_i的启动次序M_i和投票轮数E_i组成投票消息(M_i,E_i)后进行广播，每轮投票后都对自身投票信息进行广播。通过对投票信息的广播，使得其他服务器能够及时收到投票信息，并与自身进行比较，实时修改自己的投票信息；当E_i＝1时，第i台服务器B_i选举自己；

步骤1.3、第i台服务器B_i接收来自于其他k_i个服务器发送的投票消息，并将其他服务器的投票消息与自身的投票消息(M_i,E_i)进行比较，若当前投票轮数E_i的值不相同，则将所有投票轮数中的最大值赋值给E_i，在投票轮数不同的情况下，参与投票轮数越多的服务器所保存的数据越可靠，若当前投票轮数E_i的值相同，则将所有启动次序中的最大值赋值给M_i，在投票轮数相同的情况下，启动次序越大的服务器所保存的数据也相对来说更加可靠；

步骤1.4、统计第E_i轮投票中参与的服务器数量是否大于等于n/2，若是，则表示启动次序M_i所对于的服务器为主服务器，其他k_i个服务器均为从服务器；否则，将E_i+1赋值给E_i后，返回步骤1.2继续执行；

本实施例中，参与服务器集群的n台服务器，在初始时第一台启动的服务器发送(1,1)投票信息，代表第一轮投票，选出的服务器为自身，第二台启动的服务器发送(1,2)投票信息，此时若无其他服务器启动，则结束本轮投票，统计投票信息，参与第一台服务器当选主服务器；在故障发生时的服务器选举也与此类似，只是投票轮数会有所不同；

步骤二、判断主服务器是否发生故障，若发生故障，则将E_i+1赋值给E_i；返回步骤1.2；否则，执行步骤三；

步骤三：设置一个备份副本集合F＝{f₁,f₂,...,f_p,...,f_k}，备份副本集合F用来记录与主服务器保存数据相同的备份服务器集合，在故障发生时优先从该集合中进行主服务器选举，提高效率，确保新的主服务器的可靠性，f_p表示第p个从服务器的备份副本，1≤p≤k_i；

步骤3.1、定义从服务器已备份的最大可读数据所在的地址为HW，；定义主服务器中医院数据库的最后一条数据的地址为LEO；定义副本在复制消息时所允许的最大延迟时间为t，通过设置延迟参数，来进行高效备份副本的筛选；

步骤3.2、用δ_L判断是否有新增病历信息，若δ_L＝1时，则表示存在新增病历信息，并将LEO+1赋值给LEO后，执行步骤3.3；若δ_L＝0，则表示不存在新增病历信息；并等待最大延迟时间t后，重复执行步骤3.2；

步骤3.3、备份副本集合F中的所有副本均对主服务器新增病例信息进行备份；

步骤3.4、用

表示第p个备份副本f_p是否在最大延迟时间t内完成备份，若

则表明第p个备份副本f_p在最大延迟时间t内完成备份，并保留第p个备份副本f_p；若

则表明第p个备份副本f_p未能最大延迟时间t内完成备份，说明该备份副本未能在规定时间内对主服务器的新增病历信息进行备份，在发生故障重新选举时，无法保证可靠，因此将第p个备份副本从备份副本集合F中删除；

步骤3.5、用

来表示所有副本是否均完成备份，若

则表示所有副本均已完成备份，所有副本完成备份时才能更新最大可读数据，确保所访问的数据即便发生故障也不会产生影响，并将HW+1赋值给HW，使得主服务器的医院数据库进行读取时的最大地址为HW，从而达成共识机制；若

则表示存在部分副本未能完成备份，则HW保持不变；

本实施例中，当存在新增病历时，主服务器将率先保存新增数据，之后在规定的延迟时间内，其他的备份服务器会对主服务器的数据进行复制，在规定时间未能完成复制的备份服务器将会被移出备份集合，当新增病历被充分备份后，主服务器更新新增数据的访问状态，允许医生和病人进行查看；

步骤3.6、判断主服务器是否发生故障，若发生故障，返回步骤1.2，否则返回步骤3.2。

Claims (1)

1.一种基于集群选主和共识机制的单点优化方法，其特征是应用于由n台服务器B＝{B₁,B₂,...,B_i,...,B_n}和m个医院数据库所组成的服务器集群中，其中，B_i表示第i台服务器，令第i台服务器上的第j个医院数据库记为

1≤i≤n；1≤j≤m；所述单点优化方法是按如下步骤执行：

步骤一，对各台服务器进行集群选主；

步骤1.1、定义所述第i台服务器B_i的当前投票轮数为E_i；定义所述第i台服务器B_i的启动次序为M_i；

步骤1.2、所述第i台服务器B_i发起第E_i轮投票，并将所述第i台服务器B_i的启动次序M_i和投票轮数E_i组成投票消息(M_i,E_i)后进行广播；当E_i＝1时，所述第i台服务器B_i选举自己；

步骤1.3、所述第i台服务器B_i接收来自于其他k_i个服务器发送的投票消息，并将其他服务器的投票消息与自身的投票消息(M_i,E_i)进行比较，若当前投票轮数E_i的值不相同，则将所有投票轮数中的最大值赋值给E_i，若当前投票轮数E_i的值相同，则将所有启动次序中的最大值赋值给M_i；

步骤1.4、统计第E_i轮投票中参与的服务器数量是否大于等于n/2，若是，则表示启动次序M_i所对于的服务器为主服务器，其他k_i个服务器均为从服务器；否则，将E_i+1赋值给E_i后，返回步骤1.2继续执行；

步骤二、判断主服务器是否发生故障，若发生故障，则将E_i+1赋值给E_i；返回步骤1.2；否则，执行步骤三；

步骤三：设置一个备份副本集合F＝{f₁,f₂,...,f_p,...,f_k}，f_p表示第p个从服务器的备份副本，1≤p≤k_i；

步骤3.1、定义从服务器已备份的最大可读数据所在的地址为HW；定义主服务器中医院数据库的最后一条数据的地址为LEO；定义副本在复制消息时所允许的最大延迟时间为t；

步骤3.2、用δ_L判断是否有新增病历信息，若δ_L＝1时，则表示存在新增病历信息，并将LEO+1赋值给LEO后，执行步骤3.3；若δ_L＝0，则表示不存在新增病历信息；并等待最大延迟时间t后，重复执行步骤3.2；

步骤3.3、所述备份副本集合F中的所有副本均对主服务器新增病例信息进行备份；

步骤3.4、用

表示第p个备份副本f_p是否在最大延迟时间t内完成备份，若

则表明第p个备份副本f_p在最大延迟时间t内完成备份，并保留第p个备份副本f_p；若

则表明第p个备份副本f_p未能最大延迟时间t内完成备份，并将第p个备份副本从所述备份副本集合F中删除；

步骤3.5、用

来表示所有副本是否均完成备份，若

则表示所有副本均已完成备份，并将HW+1赋值给HW，使得主服务器的医院数据库进行读取时的最大地址为HW，从而达成共识机制；若

则表示存在部分副本未能完成备份，则HW保持不变；

步骤3.6、判断主服务器是否发生故障，若发生故障，返回步骤1.2，否则返回步骤3.2。

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