CN112540896B - 一种VxWorks程序自动判别和运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种VxWorks程序自动判别和运行方法，包括从机和主机，从机中运行着主程序和监控主程序运行状态的心跳包进程，主机进行心跳处理，并向心跳包进程发送查询命令，当得到正常反馈时不予处理，当得到资源不足反馈时，向从机发送减少主程序系统资源需求的操作命令，当得到程序崩溃的反馈时，向从机发送进程创建的操作指令，当主机对从机的心跳响应失败时，对从机进行重新连接。本发明通过心跳包进程对从机主程序进行监测，确保系统运行正常。

Description

一种VxWorks程序自动判别和运行方法
技术领域
本发明涉及计算机操作系统领域，尤其涉及一种VxWorks程序自动判别和运行方法。
背景技术
VxWorks操作系统是一种嵌入式实时操作系统(RTOS)，是嵌入式开发环境的关键组成部分。VxWorks操作系统具有很高的实时性，在工程中具有广泛的应用，通常在一个系统中，会有多台计算机，多台计算机按照一定的主从机关系运行。在系统正常运行时，通常多个VxWorks程序会互相协同工作，如果某台计算机的VxWorks程序出故障，就会影响系统的性能和正常运行。
因此，需要一种可靠的VxWorks程序自动判别和运行方法，当某个从机的VxWorks程序宕机后，系统中的主机能够重新运行该程序。
公开号为CN 101587455A的中国发明专利公开了一种用于vxWorks操作系统检查内存泄露的方法，通过编写系统补丁函数程序、为补丁注入及通信控制程序并通过内存泄露分析程序进行配对和查找地址以确定内存泄露及泄露的位置。同样解决了释放系统内存的问题，但是使用的是调用函数的方法，交互方式复杂。
发明内容
针对以上问题，本发明提供一种VxWorks程序自动判别和运行方法，旨在通过心跳包进程监控从机主程序运行状况，在从机主程序出现故障时重新运行程序，在网络断开时进行重连，以确保系统正常运行。
一种VxWorks程序自动判别和运行方法，包括n台从机Ci和主机H，其中i＝1、2……n，从机Ci中运行着VxWorks主程序Pi和监控Pi运行状态的心跳包进程Gi；
步骤一，主机H与所有从机建立连接并进行心跳处理，心跳包进程Gi每隔一段时间通过VxWorks系统监测函数监控Pi运行情况；
步骤二，主机H向心跳包进程Gi发送查询命令，心跳包进程Gi将监控到的Pi信息：正常S0、资源不足S1或程序崩溃S2三种状态信息发送给主机H；
步骤三，当主机H接收到的状态信息为S0时，不予处理；
当主机H接收到的状态信息为S1时，向Ci发送减少Pi系统资源需求的操作命令；
当主机H接收到的状态信息为S2时，向Ci发送进程创建的操作指令，重新运行进程Pi；
当主机H对从机Ci的心跳响应失败时，对从机Ci进行重新连接。
作为优选，步骤一中的心跳处理采用延迟心跳测试法测试网络稳定度。
作为优选，延迟心跳测试法为：使用最小心跳值realMin连续测试三次，当得到成功响应时，使用curHeart进行一次心跳测试。
作为优选，延迟心跳测试法为：使用最小心跳值realMin连续测试，当得不到成功响应时，重复使用最小心跳值realMin进行连续测试。
作为优选，当curHeart进行一次心跳测试成功时，使用最优心跳二分查找法找到最优心跳值。
作为优选，当curHeart进行一次心跳测试失败时，使用快速心跳法判断失败原因。
作为优选，最优心跳二分查找法步骤为：
S111，设定心跳区间[MinHeart，MaxHeart]；
S112，令当前测试心跳值curHeart为心跳区间的中间值，即curHeart＝(MinHeart+MaxHeart)/2，并使用延迟心跳测试法测试当前心跳值curHeart；
S113，当curHeart测试失败时，使用快速心跳法进行处理；当curHeart测试成功时，则令心跳区间的最小值MinHeart等于当前心跳，即MinHeart＝curHeart＝(MinHeart+MaxHeart)/2；
S114，设置阀值T，并计算当前心跳与最小心跳的差值curHeart-MinHeart；
S115当curHeart-MinHeart＜T，此时curHeart即为最优心跳值successHeart；当curHeart-MinHeart≥T时，则重复步骤S112、S113、S114直至curHeart-MinHeart＜T，此时curHeart即为最优心跳值successHeart；
S116，使用successHeart维持心跳，若出现心跳失败，则令curHeart＝successHeart再进行延迟心跳测试。
作为优选，快速心跳法为采用心跳值不断减半的速率进行测试，步骤有：
S121，令快速心跳值fastHeart＝curHeart/2，并使用fastHeart间隔发送心跳进行测试；
S122，当使用fastHeart心跳测试失败，且fastHeart大于最小阀值realMin时，重复步骤S121；
S123，当使用fastHeart心跳测试出现一次成功，则令curHeart＝fastHeart，使用curHeart按照最优心跳二分查找法找到最优心跳值；
S124，当fastHeart小于阀值realMin且测试失败时，重置最大心跳值MaxHeart，使MaxHeart＝curHeart＝(MinHeart+MaxHeart)/2，重新建立连接，并使用最优心跳二分查找法找到最优心跳值。
作为优选，步骤三中向Ci发送减少Pi系统资源需求的操作命令的方法为调整当前资源需求currR，令程序的最小资源需求量为minR，则调整当前资源需求currR＝minR+(currR-minR)/2。
有益效果：
(1)本发明采用心跳包进程对主程序进行监控，并及时反馈状态信息给主机，使主机作出相应处理，确保了系统正常运行；
(2)本发明的心跳包进程和主机只有查询和反馈的交互信息，尽可能减少了心跳消息的交互少，减少了通信开销；
(3)本发明在心跳处理中先采用延迟心跳测试法进行网络稳定测试，避免了网络动荡而引起的误判；
(4)本发明在心跳处理中采用最小心跳值进行测试，心跳值足够小，避免防火墙NAT超时导致连接中断，保证了通信的实时性；
(5)本发明在心跳处理中采用延迟心跳测试法测试成功后，通过最优心跳二分查找法查找到的最优心跳，节约系统资源，提高检测速度；
(6)本发明在心跳处理中采用延迟心跳测试法测试失败时，通过快速心跳法判断网络故障原因，降低了由于网络拥塞、网络中断等原因导致的心跳包偶然丢失从而引发的连接终止的可能性，提高了心跳包的可靠性；
(7)本发明在心跳处理中采用快速心跳法，以心跳值不断减半的速率进行测试，使网络超时发现的时间尽可能短，从而增加协议对连接断开的响应速度；
(8)本发明程序简单，系统规模大小可调整，适用于连接在网络上的有线和无线设备，适用性强。
附图说明
图1为本发明的一个实施例的系统初始化流程图；
图2为本发明的一个实施例的系统工作流程图；
图3为本发明的一个实施例的主机的工作流程图；
图4为本发明的一个实施例的从机的工作流程图；
图5为本发明的一个实施例的心跳处理的工作流程图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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做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。
本发明提供了一种VxWorks程序自动判别和运行方法，通过心跳包进程对从机进行监控，在从机出现故障时重新运行程序，并通过延迟心跳测试法测试网络是否通畅，网络通畅时通过最优心跳二分查找法找寻最优心跳值，网络不通畅时采用快速心跳法判断是网络中断还是丢包，并根据判断情况进行不同的处理。
如图1所示，为系统初始化流程图。系统中有n台从机Ci和主机H，其中i＝1、2……n。计算机加电后，VxWorks操作系统自动运行bootrom引导程序，以加载操作系统VxWorks映像，使其正常启动，该引导程序通常储存在计算机的硬盘C盘中。之后运行VxWorks操作系统，再运行VxWorks主程序Pi，其中i＝1、2……n。
如图2所示，为系统的工作流程图。一种VxWorks程序自动判别和运行方法，
步骤一，主机H与所有从机建立连接并进行心跳处理，使心跳包进程Gi每隔一段时间通过VxWorks系统监测函数监控Pi运行情况。
步骤二，主机H向心跳包进程Gi发送查询命令，心跳包进程Gi将监控到的Pi信息：正常S0、资源不足S1或程序崩溃S2三种状态信息发送给主机H，其中i＝1、2……n。
步骤三，当主机H接收到的状态信息为S0时，不予处理。
当主机H接收到的状态信息为S1时，向Ci发送减少Pi系统资源需求的操作命令。
当主机H接收到的状态信息为S2时，向Ci发送进程创建的操作指令，重新运行进程Pi。
当主机H对从机Ci的心跳响应失败时，对从机Ci进行重新连接。
如图3所示，为主机H的工作流程图。系统初始化，主机H通过网络与所有从机建立连接，随后对每个从机均进行心跳处理，并且在心跳处理过程中通过发送查询指令和接收状态信息以查询状态信息。当接收的状态信息为S0时，表示从机Ci中的主程序Pi运行正常，对Pi不作处理；当接收的状态信息为S1时，表示从机Ci中的主程序Pi运行资源不足，主机H向从机Ci发送操作指令，通过调整当前资源需求量currR来减少Pi的系统资源需求，方法为：假设程序的最小资源需求量为minR,当前资源需求量为currR,则将资源需求调整为currR＝minR+(currR-minR)/2；当接收的状态信息为S2时，表示从机Ci的主程序Pi崩溃，主机H向从机Ci发送进程创建的操作指令，重新运行进程Pi。当主机H接收不到信息，即对从机Ci的心跳响应失败时，判断为连接断开，重新连接从机Ci。
如图4所示，为从机Ci的工作流程图。从机Ci中运行着VxWorks主程序Pi和监控Pi运行状态的心跳包进程Gi，其中i＝1、2……n。当从机Ci从网络中收到主机H的命令后，立即判断命令类型，当命令为查询命令时，将当期主程序Pi进程的状态信息通过网络发送给主机H；当命令为操作命令时，对进程Pi作相应的操作，重启Pi或调整Pi进程资源需求。
如图5所示，为心跳处理的工作流程图。影响网络测试的因素太多，为了尽量保证测试结果的可靠性，首先使用延迟心跳测试法测试网络是否稳定，在当前网络是相对稳定的前提下开始最优心跳值的查找测试，在当前网络不稳定的情况下判断网络是中断还是丢包。
延迟心跳测试法具体为：在建立连接后，使用最小心跳值realMin进行测试，得到系统响应即为测试成功。测试连续成功三次，即认为网络是相对稳定的，之后使用当前心跳值curHeart进行一次心跳测试。使用延迟心跳测试可以剔除偶然失败和网络变化较大的情况，使测试结果相对可靠。同时在网络波动较大的情况下，使用realMin心跳值，可以提高保活连接的概率。
当延迟心跳测试成功，使用最优心跳二分查找法以快速找到最优值。最优心跳二分查找法具体为：
S111，根据网络统计信息，设定一个大概的心跳可选区间[MinHeart,MaxHeart]。例如国内运营商网络最小的NAT超时时限设置为5分钟，最大的NAT超时时限设置为>28分钟，再考虑网络丢包率，设定一个保险的大概的心跳可选区间为[1min,60min]。
S112，令当前测试心跳值为心跳可选区间的中间值，即curHeart＝(MinHeart+MaxHeart)/2，并使用延迟心跳测试法测试当前心跳值curHeart。
S113，当curHeart测试失败时，使用快速心跳法进行处理；当curHeart测试成功时，则令心跳区间的最小值MinHeart等于当前心跳，即MinHeart＝curHeart＝(MinHeart+MaxHeart)/2
S114，设置阀值T，并计算当前心跳与最小心跳的差值curHeart-MinHeart。阀值T选定一个较小的值0.1。
S115当curHeart-MinHeart＜T时，此时curHeart即为最优心跳值successHeart；当curHeart-MinHeart≥T时，则重复步骤S112、S113、S114直至curHeart-MinHeart＜T，若过程中出现当前心跳值curHeart测试失败，则使用快速心跳法进行处理。
S116，使用successHeart维持心跳。在使用successHeart维持心跳的过程中，如果出现无网络、网络时好时坏、偶然失败、NAT超时变小等情况，则会发生心跳失败，这时令curHeart＝successHeart再进行测试。如果有一次成功，则保持当前successHeart心跳值不变；如果测试失败，则转到快速心跳法进行处理。
在使用延迟心跳测试失败，当前网络不稳定的情况下，使用快速心跳法判断网络是中断还是丢包。快速心跳法采用心跳值不断减半的速率进行测试fastHeart＝curHeart/2。快速心跳法具体为：
S121，令快速心跳值fastHeart＝curHeart/2，并使用fastHeart间隔发送心跳进行测试。
S122，当使用fastHeart心跳测试失败，且fastHeart大于最小阀值realMin时，重复步骤S121。
S123，当使用fastHeart心跳测试出现一次成功，那么说明网络连接仍存在，之前curHeart测试失败是由心跳丢包导致的。则令curHeart＝fastHeart，使用curHeart按照最优心跳二分查找法找到最优心跳值。
S124，若fastHeart小于阀值realMin且测试失败，停止当前测试，判定当前连接因为curHeart过大超时己经断开。重置最大心跳值MaxHeart，使MaxHeart＝curHeart＝(MinHeart+MaxHeart)/2，重新建立连接，并使用最优心跳二分查找法找到最优心跳值。
综上所述，本发明所提供的VxWorks程序自动判别和运行方法，使用心跳包进程对从机主程序进行监控，并及时反馈给主机，在从机主程序出现故障时重新运行程序，在网络断开时进行重连，以确保系统正常运行，能够通过心跳处理程序找到最优心跳，节约系统资源，并在网络故障时判断网络故障原因并做出相应处理，提高了心跳包进程的稳定和可靠性。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。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 (5)

1.一种VxWorks程序自动判别和运行方法，包括n台从机Ci和主机H，其中i=1、2……n，其特征在于：从机Ci中运行着VxWorks主程序Pi和监控Pi运行状态的心跳包进程Gi；
步骤一，主机H与所有从机建立连接并进行心跳处理，采用延迟心跳测试法测试网络稳定度，心跳包进程Gi每隔一段时间通过VxWorks系统监测函数监控Pi运行情况，其中，所述延迟心跳测试法为：使用最小心跳值realMin连续测试三次，当三次都得到成功响应时，使用当前心跳值curHeart进行一次心跳测试，当所述curHeart进行一次心跳测试成功时，使用最优心跳二分查找法找到最优心跳值；当所述curHeart进行一次心跳测试失败时，使用快速心跳法判断失败原因，所述快速心跳法为采用心跳值不断减半的速率进行测试的方法；
步骤二，主机H向心跳包进程Gi发送查询命令，心跳包进程Gi将监控到的Pi信息：正常S0、资源不足S1或程序崩溃S2三种状态信息发送给主机H；
步骤三，当主机H接收到的状态信息为S0时，不予处理；
当主机H接收到的状态信息为S1时，向Ci发送减少Pi系统资源需求的操作命令；
当主机H接收到的状态信息为S2时，向Ci发送进程创建的操作指令，重新运行主程序Pi；
当主机H对从机Ci的心跳响应失败时，对从机Ci进行重新连接。
2.根据权利要求1所述的一种VxWorks程序自动判别和运行方法，其特征在于：所述延迟心跳测试法为：使用最小心跳值realMin连续测试，当得不到成功响应时，重复使用最小心跳值realMin进行连续测试。
3.根据权利要求1所述的一种VxWorks程序自动判别和运行方法，其特征在于：所述最优心跳二分查找法步骤为：
S111，设定心跳区间[MinHeart，MaxHeart]；
S112，令当前测试心跳值curHeart为心跳区间的中间值，即curHeart= (MinHeart +MaxHeart)/2，并使用延迟心跳测试法测试当前心跳值curHeart；
S113，当curHeart测试失败时，使用快速心跳法进行处理；当curHeart测试成功时，则令心跳区间的最小值MinHeart等于当前心跳，即MinHeart =curHeart=(MinHeart+MaxHeart)/2；
S114，设置阀值T，并计算当前心跳与最小心跳的差值curHeart-MinHeart；
S115当curHeart-MinHeart＜T，此时curHeart即为最优心跳值successHeart；当curHeart-MinHeart≥T时，则重复步骤S112、S113、S114直至curHeart-MinHeart＜T，此时curHeart即为最优心跳值successHeart；
S116，使用successHeart维持心跳，若出现心跳失败，则令curHeart=successHeart再进行延迟心跳测试。
4.根据权利要求1或3所述的一种VxWorks程序自动判别和运行方法，其特征在于：所述快速心跳法步骤有：
S121，令快速心跳值fastHeart=curHeart/2，并使用fastHeart间隔发送心跳进行测试；
S122，当使用fastHeart心跳测试失败，且fastHeart大于最小心跳值realMin时，重复步骤S121；
S123，当使用fastHeart心跳测试出现一次成功，则令curHeart=fastHeart，使用curHeart按照最优心跳二分查找法找到最优心跳值；
S124，当fastHeart小于最小心跳值realMin且测试失败时，重置最大心跳值MaxHeart，使MaxHeart=curHeart=(MinHeart+MaxHeart)/2，重新建立连接，并使用最优心跳二分查找法找到最优心跳值。
5.根据权利要求1所述的一种VxWorks程序自动判别和运行方法，其特征在于：所述步骤三中向Ci发送减少Pi系统资源需求的操作命令的方法为调整当前资源需求currR，令程序的最小资源需求量为minR，则调整当前资源需求currR=minR+(currR-minR)/2。
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