CN112383414B - 双机热备份快速切换方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种双机热备份快速切换方法及装置，该方法包括：若检测到网络接口中断，则触发网络接口中断服务函数，在中断服务程序中获取设备上所有接口度量值；若本机的接口度量值发生变化，则向主备系统中其它非中断设备发送包含本机度量值的报文，以使非中断设备解析出中断设备度量值后，根据中断设备度量值和非中断设备比较结果，进行主备切换；若收到非中断设备状态切换后发送的度量值报文，则根据非中断设备度量值和本机度量值关系，进行主备切换。该方法能够实现快速的监控端口状态获取，达到毫秒级切换，满足大部分客户主备切换业务流量中断时间要求。同时CPU占用率低，且只需在中断设备部署，不需对其它设备进行配置，系统开销较小。

Description

双机热备份快速切换方法及装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种双机热备份快速切换方法及装置。

背景技术

双机热备系统，是集群的最小组成单位，就是将中心服务器安装成互为备份的两台服务器，并且在同一时间内只有一台服务器运行。当其中运行着的一台服务器出现故障无法启动时，另一台备份服务器会迅速的自动启动并运行(一般为数分钟左右)，从而保证整个网络系统的正常运行。双机热备的工作机制，实际上是为整个网络系统的中心服务器提供了一种故障自动恢复能力。

双机热备系统中，会设置监控业务口度量值，通过判断心跳报文中的监测接口度量值大小，完成主备切换。度量值大的一端为主设备，度量值小的一端为备设备。双机热备系统运行过程中主设备上监控端口关闭(down掉)，备设备通过判断收到主设备发送过来的UDP心跳报文中接口度量值小于本机接口度量值，备设备就会切换为主设备。

现有双机热备份系统，如防火墙系统中通过感知监控网卡链路状态up/down来改变度量值实现主备切换，及时感知网卡链路状态up/down也就成为设备完成快速主备切换的必要条件。现有系统通过线程定时5秒为周期获取网卡链路状态，双机热备模块启动心跳定时器(可配置1秒-3秒)，定时读取网卡链路状态，更新本机网口度量值，并将度量值结果以UDP心跳报文方式发送到对端设备，完成主备切换。这个过程最坏需要8秒以上时间，最好情况也要1秒以上才能完成切换，无法满足业务中断后快速切换到备设备并恢复业务的某些应用场景。

发明内容

本发明实施例提供一种双机热备份快速切换方法及装置，用以满足现有技术中的需求。

本发明实施例提供一种双机热备份快速切换方法，包括：若检测到网络接口中断，则从中断服务程序中获取设备上所有接口度量值；若本机的接口度量值发生变化，则向网络中的非中断设备发送包含本机度量值的报文，以使非中断设备解析出中断设备度量值后，根据中断设备度量值和非中断设备度量值关系，进行主备切换；若收到非中断设备状态切换后发送的度量值报文，则根据非中断设备度量值和本机度量值关系，进行主备切换。

根据本发明一个实施例的双机热备份快速切换方法，检测网络接口中断之前，还包括：在操作系统内核的网络接口中断服务程序中，建立端口度量值的回调函数，用于网络接口产生中断时返回网络接口度量值。

根据本发明一个实施例的双机热备份快速切换方法，若非中断设备收到中断设备的度量值报文，且中断设备的度量值小于非中断设备度量值，则非中断设备切换为主设备，并向中断设备发送包含本机度量值的报文；相应地，所述根据非中断设备度量值和本机度量值关系，进行主备切换，具体为：若非中断设备度量值大于本机度量值，则中断设备切换为备设备。

根据本发明一个实施例的双机热备份快速切换方法，若非中断设备收到中断设备的度量值报文，且中断设备的度量值大于非中断设备度量值，则非中断设备切换为备设备，并向中断设备发送包含非中断设备度度量值的报文；相应地，所述根据非中断设备度量值和本机度量值关系，进行主备切换，具体为：若非中断设备度量值小于本机度量值，则中断设备切换为主设备。

根据本发明一个实施例的双机热备份快速切换方法，所述进行主备切换为切换为主设备，相应地切换为主设备之后，还包括：向上下联路由设备发送切换后接口的地址信息，以更新上下联路由设备的转发表。

根据本发明一个实施例的双机热备份快速切换方法，若切换后的主设备部署方式为路由部署，则向上下联路由设备发送切换后接口的地址信息，具体为：向上下联路由设备发送切换后端口的免费ARP报文，以更新上下联路由设备的路由转发表。

根据本发明一个实施例的双机热备份快速切换方法，若切换后的主设备部署方式为透明网桥部署，则向上下联路由设备发送切换后接口的地址信息，包括：向上下联路由设备发送源MAC为桥转发表中目的MAC的免费ARP报文，以更新上下联交换设备的桥转发表；其中，切换后的主设备桥转发表从原主设备中获得。

本发明实施例还提供一种双机热备份快速切换装置，包括：检测模块，用于若检测到网络接口中断，则从中断服务程序中获取设备上所有接口度量值；发送模块，用于若本机的接口度量值发生变化，则向网络中的非中断设备发送包含本机度量值的报文，以使非中断设备解析出中断设备度量值后，根据中断设备度量值和非中断设备度量值关系，进行主备切换；接收模块，用于若收到非中断设备状态切换后发送的度量值报文，则根据非中断设备度量值和本机度量值关系，进行主备切换。

本发明实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述双机热备份快速切换方法的步骤。

本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述双机热备份快速切换方法的步骤。

本发明实施例提供的双机热备份快速切换方法及装置，通过检测到网络接口中断，则获取网络接口中断对应的预设回调函数返回值，进而发出度量值报文，能够实现快速的监控端口状态获取，达到毫秒级切换，满足大部分客户主备切换业务流量中断时间要求。同时，CPU占用率低，且只需在中断设备部署，不需对其它设备进行配置，系统开销较小。

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是本发明实施例提供的一种双机热备份快速切换方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的一种双机热备份快速切换装置的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1-图3描述本发明实施例的双机热备份快速切换方法及装置。图1是本发明实施例提供的一种双机热备份快速切换方法的流程示意图，如图1所示，本发明实施例提供一种双机热备份快速切换方法，包括：

101、若检测到网络接口中断，则从中断服务程序中获取设备上所有接口度量值。

中断是一种使CPU中止正在执行的程序而转去处理特殊事件的操作，这些引起中断的事件称为中断源，它们可能是来自外设的输入输出请求，也可能是计算机的一些异常事故或其它内部原因。本发明实施例中，通过在网卡中断获取接口度量值，需要网卡驱动支持。当网络接口断开时，驱动会有一个中断给操作系统。在操作系统的中断服务程序中预先设置回调函数用于获取网络接口的度量值，当检测到网络接口中断信息时，系统会调用该回调函数，返回网络接口的度量值。

102、若本机的接口度量值发生变化，则向网络中的非中断设备发送包含本机度量值的报文，以使非中断设备解析出中断设备度量值后，根据中断设备度量值和非中断设备度量值关系，进行主备切换。

本机的接口度量值发生变化，则说明网络接口发生了连接状态的改变，包括接口状态由up变为down或者由down变为up。此时，获取当前设备所有网络接口度量值等信息并组装成报文，如UDP心跳报文，发送到双机热备组网中的其他设备。其中，度量值是寻找路由时确定最优路由路径的参数。

双机热备组网中的非中断产生设备收到中断产生设备发送过来的UDP心跳报文，解析出度量值跟非中断设备度量值比较，根据度量值的大小关系确定如何进行主备切换。例如，可基于现有技术中的根据度量值的大小关系进行主备切换。

103、若收到非中断设备状态切换后发送的度量值报文，则根据非中断设备度量值和本机度量值关系，进行主备切换。

相应地，非中断设备若执行了切换，则同样获取当前设备所有网络接口度量值等信息并组装成报文，发送至中断设备。若非中断设备未发生切换，则不发送该报文。中断设备解析后，得到非中断设备切换后的度量值，与本机的度量值进行比较，根据度量值之间的关系，进行主备切换。

现有方法通过开启一个线程，该线程执行一个循环，每隔一定时间间隔，向监控端口发出数据请求。监控端口一旦有新的接口up/down状态变化，就获取本机接口度量值至该线程。这种方法存在一个不可避免的问题，线程调用时间间隔太长，而时间间隔太长会导致通信的实时性下降，影响切换效率，时间间隔太短，会频繁调用该线程，从而导致CPU浪费较多CPU资源。

而本发明实施例中，网络接口状态一旦发生改变，则会向操作系统发起中断请求，并通过调用接口中断服务程序，中断服务程序便可第一时间获取本机接口度量值。不但保证了数据传输的实时性，而且降低了无用的CPU消耗。经验证证明，在监控网口发生变化时，本发明实施例的双机热备切换时间都在100-400毫秒内完成，即在100-400毫秒内完成主备状态切换和业务流量切换。

本发明实施例的双机热备份快速切换方法，通过检测到网络接口中断，调用接口中断服务程序，进而发出度量值报文，能够实现快速的监控端口状态获取，达到毫秒级切换，满足大部分客户主备切换业务流量中断时间要求。同时，CPU占用率低，且只需在中断设备部署，不需对其它设备进行配置，系统开销较小。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，检测网络接口中断之前，还包括：在操作系统内核的网络接口中断服务程序中，建立端口状态的中断服务程序，用于网络接口产生中断时返回网络接口状态和/或本机接口度量值。

对于具备网络接口中断检测的设备，在操作系统内核的用于处理网络接口中断的程序中，加入回调函数的中断向量表，使得网络接口的中断产生后，调用该中断服务程序，从而获取接口状态和度量值。在检测到中断后，调用该回调函数，可以在毫秒级的时间内获取接口状态和度量值。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，若非中断设备收到中断设备的度量值报文，且中断设备的度量值小于非中断设备度量值，则非中断设备切换为主设备，并向中断设备发送包含本机度量值的报文；相应地，所述根据非中断设备度量值和本机度量值关系，进行主备切换，具体为：若非中断设备度量值大于本机度量值，则中断设备切换为备设备。

在102中，中断设备向非中断设备发送度量值报文，如UDP心跳报文，非中断设备从报文中解析出中断设备的度量值。若非中断产生设备度量值高于收到的UDP心跳报文中的度量值，则该设备切换为主设备，同时将本机的度量值等信息以UDP心跳报文方式发送到中断产生设备。在103中，中断设备解析出非中断设备的度量值后，其大于本机度量值，则中断设备切换为备设备。该方法通过度量值在两端进行分别判断，可以避免设备的无效切换。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，若非中断设备收到中断设备的度量值报文，且中断设备的度量值大于非中断设备度量值，则非中断设备切换为备设备，并向中断设备发送包含非中断设备度量值的报文；相应地，所述根据非中断设备度量值和本机度量值关系，进行主备切换，具体为：若非中断设备度量值小于本机度量值，则中断设备切换为主设备。

相应地，在102中，中断设备向非中断设备发送包括度量值信息的UDP心跳报文，非中断设备从报文中解析出中断设备的度量值。若非中断产生设备度量值小于收到的UDP心跳报文中的度量值，则该设备切换为备设备(说明之前为主设备)，同时将本机的度量值等信息以UDP心跳报文方式发送到中断产生设备。在103中，中断设备解析出非中断设备的度量值后，其小于本机度量值，则中断设备切换为主设备(之前为被设备)。该方法通过度量值在两端进行分别判断，可以避免设备的无效切换。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，所述进行主备切换为切换为主设备，相应地切换为主设备之后，还包括：向上下联路由设备发送切换后接口的地址信息，以更新上下联路由设备的转发表。

无论是否是中断设备，切换完成后的新的主设备，向上下联路由发送切换后端口的地址信息，更新上下联路由设备的地址转发表。通过该方法，在接口切换后，可实现流量的快速恢复，提高网络的实时性能。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，若切换后的主设备部署方式为路由部署，则向上下联路由设备发送切换后接口的地址信息，具体为：向上下联路由设备发送切换后端口的免费ARP报文，以更新上下联路由设备的路由转发表。

主设备通过向上下联路由设备定时发送免费ARP，更新上下联路由的路由转发表，让上下联路由设备的流量转发到双机热备系统的主设备上。以配合中断在完成主备状态切换后，业务流量也尽快完成切换，在切换为主的设备上，立刻向所有UP状态的物理口发送本接口的免费ARP信息，做到快速更新上下联路由设备的路由表信息，将业务流量牵引到新升主设备上。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，若切换后的主设备部署方式为透明网桥部署，则向上下联路由设备发送切换后接口的地址信息，具体为：向上下联路由设备发送源MAC为桥转发表中目的MAC的免费ARP报文，以更新上下联交换设备的桥转发表；其中，切换后的主设备桥转发表从原主设备中获得。

若原主设备为透明桥部署，原主设备在新建转发表时会将转发表信息同步到备设备上。当发生主备切换时，新升为主的设备会遍历桥口下所有UP的端口并发送免费ARP，该免费ARP报文中记录的是桥转发表中信息。例如，新的主设备每个接口构造源IP、目的IP全为1.1.1.1，源MAC为桥转发表目的MAC，目的MAC为全F的广播ARP请求包。这样上下联交换机设备收到这种ARP后，会更新其桥转发表，建立目的MAC为ARP中对应源MAC的流量牵引到新升主设备对应桥口上，从而实现流量快速牵引的目的。

下面对本发明实施例提供的双机热备份快速切换装置进行描述，下文描述的双机热备份快速切换装置与上文描述的双机热备份快速切换方法可相互对应参照。

图2是本发明实施例提供的一种双机热备份快速切换装置的结构示意图，如图2所示，该双机热备份快速切换装置包括：检测模块201、发送模块202和接收模块203。其中，检测模块201用于若检测到网络接口中断，则从中断服务程序中获取设备上所有接口度量值；发送模块202用于若本机的接口度量值发生变化，则向网络中的非中断设备发送包含本机度量值的报文，以使非中断设备解析出中断设备度量值后，根据中断设备度量值和非中断设备度量值关系，进行主备切换；接收模块203用于若收到非中断设备状态切换后发送的度量值报文，则根据非中断设备度量值和本机度量值关系，进行主备切换。

本发明实施例提供的装置实施例是为了实现上述各方法实施例的，具体流程和详细内容请参照上述方法实施例，此处不再赘述。

本发明实施例提供的双机热备份快速切换装置，通过检测到网络接口中断，则从中断服务程序中获取设备上所有接口度量值，进而发出度量值报文，能够实现快速的监控端口状态获取，达到毫秒级切换，满足大部分客户主备切换业务流量中断时间要求。同时，CPU占用率低，且只需在中断设备部署，不需对其它设备进行配置，系统开销较小。

图3是本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图，如图3所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)301、通信接口(Communications Interface)302、存储器(memory)303和通信总线304，其中，处理器301，通信接口302，存储器303通过通信总线304完成相互间的通信。处理器301可以调用存储器303中的逻辑指令，以执行双机热备份快速切换方法，该方法包括：若检测到网络接口中断，则从中断服务程序中获取设备上所有接口度量值；若本机的接口度量值发生变化，则向网络中的非中断设备发送包含本机度量值的报文，以使非中断设备解析出中断设备度量值后，根据中断设备度量值和本机度量值关系，进行主备切换；若收到非中断设备状态切换后发送的度量值报文，则根据非中断设备度量值和本机度量值关系，进行主备切换。

此外，上述的存储器303中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

另一方面，本发明实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的双机热备份快速切换方法，该方法包括：若检测到网络接口中断，则从中断服务程序中获取设备上所有接口度量值；若本机的接口度量值发生变化，则向网络中的非中断设备发送包含本机度量值的报文，以使非中断设备解析出中断设备度量值后，根据中断设备度量值和本机度量值关系，进行主备切换；若收到非中断设备状态切换后发送的度量值报文，则根据非中断设备度量值和本机度量值关系，进行主备切换。

又一方面，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的双机热备份快速切换方法，该方法包括：若检测到网络端口网络接口中断，则从中断服务程序中获取设备上所有接口度量值；若本机的接口度量值发生变化，则向网络中的非中断设备发送包含本地本机度量值的报文，以使非中断设备解析出中断设备度量值后，根据中断设备度量值和非中断设备度量值关系，进行主备切换；若收到非中断设备状态切换后发送的度量值报文，则根据非中断设备度量值和本地本机度量值关系，进行主备切换。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种双机热备份快速切换方法，其特征在于，包括：

若检测到网络接口中断，则从中断服务程序中获取设备上所有接口度量值；

若本机的接口度量值发生变化，则向网络中的非中断设备发送包含本机度量值的报文，以使非中断设备解析出中断设备度量值后，根据中断设备度量值和非中断设备度量值关系，进行主备切换；

若收到非中断设备状态切换后发送的度量值报文，则根据非中断设备度量值和本机度量值关系，进行主备切换；

检测网络接口中断之前，还包括：

在操作系统内核的网络接口中断服务程序中，建立端口度量值的回调函数，用于网络接口产生中断时返回物理接口度量值；

若非中断设备收到中断设备的度量值报文，且中断设备的度量值小于非中断设备度量值，则非中断设备切换为主设备，并向中断设备发送包含非中断设备度量值的报文；

相应地，所述根据非中断设备度量值和本机度量值关系，进行主备切换，具体为：

若非中断设备度量值大于本机度量值，则中断设备切换为备设备；

若非中断设备收到中断设备的度量值报文，且中断设备的度量值大于非中断设备度量值，则非中断设备切换为备设备，并向中断设备发送包含非中断设备度量值的报文；

相应地，所述根据非中断设备度量值和本机度量值关系，进行主备切换，具体为：

若非中断设备度量值小于本机度量值，则中断设备切换为主设备；

所述度量值是寻找路由时确定最优路由路径的参数。

2.根据权利要求1所述的双机热备份快速切换方法，其特征在于，所述进行主备切换为切换为主设备，相应地切换为主设备之后，还包括：

向上下联路由设备发送切换后接口的地址信息，以更新上下联路由设备的转发表。

3.根据权利要求2所述的双机热备份快速切换方法，其特征在于，若切换后的主设备部署方式为路由部署，则向上下联路由设备发送切换后接口的地址信息，具体为：

向上下联路由设备发送切换后端口的免费ARP报文，以更新上下联路由设备的路由转发表。

4.根据权利要求2所述的双机热备份快速切换方法，其特征在于，若切换后的主设备部署方式为透明网桥部署，则向上下联路由设备发送切换后接口的地址信息，具体为：

向上下联路由设备发送源MAC为桥转发表中目的MAC的免费ARP报文，以更新上下联交换设备的桥转发表；

其中，切换后的主设备桥转发表从原主设备中获得。

5.一种双机热备份快速切换装置，其特征在于，包括：

检测模块，用于若检测到网络接口中断，则从中断服务程序中获取设备上所有接口度量值；

发送模块，用于若本机的接口度量值发生变化，则向网络中的非中断设备发送包含本机度量值的报文，以使非中断设备解析出中断设备度量值后，根据中断设备度量值和非中断设备度量值关系，进行主备切换；

接收模块，用于若收到非中断设备状态切换后发送的度量值报文，则根据非中断设备度量值和本机度量值关系，进行主备切换；

所述装置还用于：

在操作系统内核的网络接口中断服务程序中，建立端口度量值的回调函数，用于网络接口产生中断时返回物理接口度量值；

若非中断设备收到中断设备的度量值报文，且中断设备的度量值小于非中断设备度量值，则非中断设备切换为主设备，并向中断设备发送包含非中断设备度量值的报文；

相应地，所述根据非中断设备度量值和本机度量值关系，进行主备切换，具体为：

若非中断设备度量值大于本机度量值，则中断设备切换为备设备；

若非中断设备收到中断设备的度量值报文，且中断设备的度量值大于非中断设备度量值，则非中断设备切换为备设备，并向中断设备发送包含非中断设备度量值的报文；

相应地，所述根据非中断设备度量值和本机度量值关系，进行主备切换，具体为：

若非中断设备度量值小于本机度量值，则中断设备切换为主设备；

所述度量值是寻找路由时确定最优路由路径的参数。

6.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至4任一项所述双机热备份快速切换方法的步骤。

7.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述双机热备份快速切换方法的步骤。