CN113051079A - 一种计算机过载保护装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种计算机过载保护装置，所述装置包括超频事件统计模块、超频时段预测模块以及超频控制模块；多个边缘计算终端通过计算机过载保护装置连接至中心控制计算机；每个边缘计算终端包括第一处理器组，中心控制计算机包括第二处理器组；当第一处理器组中的至少一个处理器处于超频工作模式时，超频事件统计模块识别到超频事件，超频时段预测模块预测所述边缘计算终端在第二预定时间段的超频时段；超频控制模块基于所述超频时段预测模块预测出的所有边缘计算终端的超频时段，对中心控制计算机执行预定的过载保护策略。本发明的技术方案能够及时识别出多边缘计算环境下的计算机过载线程并执行对应的保护策略，确保系统安全。

Description

一种计算机过载保护装置
技术领域
本发明属于计算机安全技术领域，尤其涉及一种计算机过载保护装置。
背景技术
随着网络体量越来越大，一些互联网企业提出多域数据中心的概念，借鉴了传统的分布式计算思想，采用计算机集群构成数据中心，从而降低了企业、政府、个人的信息化建设成本和运营维护成本，多域数据中心己经成为了现有网络的最重要的组成部分。现有大型数据中心采用分布式架构，政府、运营商、跨国企业等用户所有的数据中心必然会在不同地点多域分布。
分布式架构通常需要云计算的支持。云计算(cloud computing)是分布式计算的一种，指的是通过网络“云”将巨大的数据计算处理程序分解成无数个小程序，然后，通过多部服务器组成的系统进行处理和分析这些小程序得到结果并返回给用户。云计算早期，简单地说，就是简单的分布式计算，解决任务分发，并进行计算结果的合并。因而，云计算又称为网格计算。通过这项技术，可以在很短的时间内(几秒钟)完成对数以万计的数据的处理，从而达到强大的网络服务。
云计算是一种集中式服务，所有数据都通过网络传输到云计算中心进行处理。云计算是基于互联网的相关服务的增加、使用和交互模式，通常涉及通过互联网来提供动态易扩展且经常是虚拟化的资源。
与此相对应的，边缘计算是在靠近物或数据源头的一侧，采用网络、计算、存储、应用核心能力为一体的开放平台，就近提供最近端服务。其应用程序在边缘侧发起，产生更快的网络服务响应，满足行业在实时业务、应用智能、安全与隐私保护等方面的基本需求。
云计算和边缘计算都和大数据事件密切相关，由此带来了大量的数据处理量，导致计算机长时间处于高负载(过负载)状态。为解决此类问题，负载均衡技术应运而生。例如，申请号为CN201910246294.9的中国发明专利申请提出基于移动边缘计算的多径传输负载均衡优化算法方案，采取的技术方案是：在边缘节点之间分配每个车载应用的请求，将每个边缘节点的计算资源灵活地分配给不同类型的VM，来为所分配的车载应用提供服务。本发明达到的有益效果为：该发明通过将较小计算大小的应用分配给负载较轻的边缘节点，有效解决移动边缘计算中边缘节点过载问题；本发明通过根据边缘节点工作量动态分配应用请求，减少了网络中车载应用的时间。
然而，在大规模边缘计算环境下，不管是数据产生端还是数据处理端，多进程的高触发事件均有可能导致计算机(节点)过载，如何从两个端同时考虑过载问题，现有技术并未给出有效的技术方案。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出一种计算机过载保护装置，所述装置包括超频事件统计模块、超频时段预测模块以及超频控制模块；多个边缘计算终端通过计算机过载保护装置连接至中心控制计算机；每个边缘计算终端包括第一处理器组，中心控制计算机包括第二处理器组；当第一处理器组中的至少一个处理器处于超频工作模式时，超频事件统计模块识别到超频事件，超频时段预测模块预测所述边缘计算终端在第二预定时间段的超频时段；超频控制模块基于所述超频时段预测模块预测出的所有边缘计算终端的超频时段，对中心控制计算机执行预定的过载保护策略。
具体而言，本发明的技术方案实现如下：
一种计算机过载保护装置，所述计算机过载保护装置包括超频事件统计模块、超频时段预测模块以及超频控制模块；
作为本发明的具体实现场景，多个边缘计算终端通过所述计算机过载保护装置连接至中心控制计算机；每个所述边缘计算终端包括第一处理器组，所述中心控制计算机包括第二处理器组；
作为本发明的改进之一，当所述边缘计算终端的所述第一处理器组中的至少一个处理器处于超频工作模式时，所述计算机过载保护装置的所述超频事件统计模块识别到超频事件，所述超频事件包括事件类型和事件发生时段；
其中，所述超频事件由所述边缘计算终端接收到的多进程事件触发。
所述超频时段预测模块基于所述超频事件统计模块在第一预定时间段内识别到的所有超频事件，预测所述边缘计算终端在第二预定时间段的超频时段；
所述超频控制模块基于所述超频时段预测模块预测出的所有边缘计算终端的超频时段，对所述中心控制计算机执行预定的过载保护策略，所述预定的过载保护策略包括调节至少一个边缘计算终端与所述中心控制计算机的数据传输的阻塞状态。
作为优选，所述预定的过载保护策略还包括：
调节将所述多进程事件的部分子进程事件分发给未处于超频状态的处理器。
作为优选，所述超频控制模块与所述中心控制计算机的所述第二处理器组通信，并实时探测所述第二处理器组的超频状态；
当所述第二处理器组处于超频状态时，所述超频控制模块断开第一数量的边缘计算终端与所述中心控制计算机的数据链路。
作为本发明的第二个改进，当所述超频事件统计模块识别到超频事件时，发送识别信号给所述超频控制模块；
所述超频控制模块实时探测所述第二处理器组的超频状态；
如果所述第二处理器组未处于超频状态，则将触发所述超频事件的多进程事件分发给所述第二边缘计算终端。
作为本发明的第三个改进，所述第一处理器组和所述第二处理器组与所述超频控制模块通过单向的数据管道通信。
本发明的技术方案能够及时识别出多边缘计算环境下的计算机过载线程并执行对应的保护策略，确保系统安全。
本发明的进一步优点将结合说明书附图在具体实施例部分进一步详细体现。
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是本发明一个实施例的一种计算机过载保护装置的主结构架构图
图2是图1所述计算机过载保护装置的与其他控制器件的连接示意图
图3是边缘计算终端的内部处理器组与图1所述计算机过载保护装置的连接示意图
图4是基于多进程事件实现超频事件统计的流程示意图
图5是图1所述计算机过载保护装置的工作原理示意图
图6是图1所述计算机过载保护装置与处理器组的数据通信示意图
具体实施方式
参见图1，是本发明一个实施例的一种计算机过载保护装置的主结构架构图。
在图1中，所述计算机过载保护装置包括超频事件统计模块、超频时段预测模块以及超频控制模块。
本实施例所述计算机过载保护装置用于对中心控制计算机进行负载过载监测控制并执行保护策略。
本实施例所述中心控制计算机为分布式计算网络中的每一个计算机终端节点，通常情况下，每一个计算机终端节点汇总多个边缘计算终端的数据。
在本发明的各个实施例中，边缘计算终端是指可以执行边缘计算的终端设备。
作为示例，边缘计算终端可以是移动设备，所述中心控制计算机可以是普通PC端。所述PC端的处理器能力大于所述移动设备。
在图1基础上，参见图2可进一步理解本申请的技术方案。
在图2中，多个边缘计算终端通过所述计算机过载保护装置连接至中心控制计算机；
每个所述边缘计算终端包括第一处理器组，所述中心控制计算机包括第二处理器组。
处理器组可以理解为多核CPU或者多个CPU。通常情况下，一个进程至少占用一个CPU；为了使得多进程事件快速处理，通常对于一个多进程事件，并发多个CPU。
在图3中，示出了所述计算机过载保护装置连接至处理器组的每一个CPU，用于识别CPU的超频状态。
作为一个简单的解释，负载就是工作量，计算机的负载就是描述计算机工作量的一个概念。一般来说计算机负载涉及到cpu、内存、磁盘io、网络等方面，当说负载过高的时候，需要知道过高指的是哪个方面。具体地，从数值的角度看，现今有几十甚至上百的指标可以描述负载，cpu利用率也是其中的指标之一。
在本发明的各个实施例中，超频(英语：overclocking)是把一个电子配件的时脉速度提升至高于厂方所定的速度运作，从而提升性能的方法，但是，长时间超频有可能导致该配件稳定性以及配件寿命下降，并且降低系统安全性。超频的主要后果是会导致系统不稳定、系统温度升高甚至损毁硬件。
现有存在多种技术手段可以实现自动超频，例如针对高要求、高实时性事件、多进程事件等，单台的电脑主机可以自动实现CPU短时超频以提高性能，并且在预定时间段后恢复。
然而，虽然对于单个CPU来说上述负载控制并非大问题，但是对于大规模边缘计算环境下，每个边缘计算终端虽然对于自身而言，都可以简单的实现短时超频，并且确保自身性能和安全的前提下维持预定时间段，但是，对于需要同时处理多个边缘计算终端的中心控制计算机来说，由此可能带来的问题时，中心控制计算机长时间持续处于高频过载状态，从而危及主机安全。
以图4为例，某个所述边缘计算终端接收到多进程事件A触发CPU-1超频持续5分钟；随即，另一个边缘计算终端也收到多进程事件B触发CPU-2超频，……由此类推，对于中心控制计算机来说，有可能每个时间段都有CPU超频，从而持续处于过载状态。
为避免上述状态的发生，本发明给出如下技术方案：
当所述边缘计算终端的所述第一处理器组中的至少一个处理器处于超频工作模式时，所述计算机过载保护装置的所述超频事件统计模块识别到超频事件，所述超频事件包括事件类型和事件发生时段；
所述超频时段预测模块基于所述超频事件统计模块在第一预定时间段内识别到的所有超频事件，预测所述边缘计算终端在第二预定时间段的超频时段；
所述超频控制模块基于所述超频时段预测模块预测出的所有边缘计算终端的超频时段，对所述中心控制计算机执行预定的过载保护策略，所述预定的过载保护策略包括调节至少一个边缘计算终端与所述中心控制计算机的数据传输的阻塞状态。
上述过程可部分的参见图5。
在图5的第一分支中，当所述边缘计算终端的所述第一处理器组中的第一预定比例的处理器处于超频工作模式时，所述计算机过载保护装置的所述超频事件统计模块识别到超频事件；
作为优选，当所述边缘计算终端的所述第一处理器组中的超过第一预定比例的处理器处于超频工作模式时，所述计算机过载保护装置的所述超频事件统计模块识别到超频事件；所述第一预定比例大于50％；
显然，超过50％，意味着对于一个边缘计算终端，无法在内部调配到其他CPU线程(进程)进行负载均衡。
当所述超频事件统计模块识别到超频事件时，发送识别信号给所述超频控制模块；
所述超频控制模块判断是否存在不处于超频时段的第二边缘计算终端；
如果存在，则所述超频控制模块将所述超频事件分发给所述第二边缘计算终端。
与此相对应的，所述超频控制模块判断是否存在不处于超频时段的第二边缘计算终端；
如果不存在，则所述超频控制模块阻塞产生所述超频事件的所述边缘计算终端与所述中心控制计算的数据传输状态。
本实施例实现的是提前预测，因此所述第二预定时间段在所述第一预定时间段之后。
并且，作为优选，所述预定的过载保护策略还包括：
将所述多进程事件的部分子进程事件分发给未处于超频状态的处理器。
在图5的右半部分的第二分支，作为进一步的策略，所述超频控制模块与所述中心控制计算机的所述第二处理器组通信，并实时探测所述第二处理器组的超频状态；
当所述第二处理器组处于超频状态时，所述超频控制模块断开第一数量的边缘计算终端与所述中心控制计算机的数据链路。
进一步的，当所述超频事件统计模块识别到超频事件时，发送识别信号给所述超频控制模块；所述超频控制模块实时探测所述第二处理器组的超频状态；如果所述第二处理器组未处于超频状态，则将触发所述超频事件的多进程事件分发给所述第二边缘计算终端。
在上述实施例中，所述第一数量的边缘计算终端与所述中心控制计算机之间为异步通信。
为了更准确的获得超频数据，避免对CPU本身的状态产生干扰，参见图6，所述第一处理器组和所述第二处理器组与所述超频控制模块通过单向的数据管道通信。
数据管道(data-pipeline)技术原本是用于不同数据库(数据源)之间的数据转移的技术，例如数据备份、数据还原等，采用数据管道技术，可以避免进程阻塞或者使用第三方代理进行数据传输。例如申请号为CN2020107749026的中国发明专利申请就利用了数据管道技术读取待备份数据进行数据备份，数据管道即是将不同进程连接起来用于数据传输。
本发明中，为了实现无干扰的获取每个CPU进程的工作频率，发明人经过研究，发现采用数据管道技术可以避免其它CPU进程干扰，并且使得数据读取能够快速进行，避免交叉干扰。
同时，作为进一步改进，可以在每一个运行进程中设置阻塞标记，使得使得数据只能从所述每个CPU进程单向传输给所述超频控制模块的监测进程，而不能从超频控制模块的监测进程回流给所述CPU进程的运行进程，即进一步将所述数据管道配置为单向数据管道。
综上所述，本发明的技术方案能够同时从数据产生端和数据处理端进行进程事件监测，从而最大可能的避免多进程的持续高触发事件可能导致计算机(节点)过载的问题；同时，采用数据管道尤其是单向数据管道进行数据采集，能够使得监测数据更为准确，使得后续的过载和超频判断依据更为客观和准确。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种计算机过载保护装置，所述计算机过载保护装置包括超频事件统计模块、超频时段预测模块以及超频控制模块；
其特征在于：
多个边缘计算终端通过所述计算机过载保护装置连接至中心控制计算机；
每个所述边缘计算终端包括第一处理器组，所述中心控制计算机包括第二处理器组；
当所述边缘计算终端的所述第一处理器组中的至少一个处理器处于超频工作模式时，所述计算机过载保护装置的所述超频事件统计模块识别到超频事件，所述超频事件包括事件类型和事件发生时段；
所述超频时段预测模块基于所述超频事件统计模块在第一预定时间段内识别到的所有超频事件，预测所述边缘计算终端在第二预定时间段的超频时段；
所述超频控制模块基于所述超频时段预测模块预测出的所有边缘计算终端的超频时段，对所述中心控制计算机执行预定的过载保护策略，所述预定的过载保护策略包括调节至少一个边缘计算终端与所述中心控制计算机的数据传输的阻塞状态。
2.如权利要求1所述的一种计算机过载保护装置，其特征在于：
所述超频事件由所述边缘计算终端接收到的多进程事件触发。
3.如权利要求1所述的一种计算机过载保护装置，其特征在于：
当所述边缘计算终端的所述第一处理器组中的第一预定比例的处理器处于超频工作模式时，所述计算机过载保护装置的所述超频事件统计模块识别到超频事件；
当所述超频事件统计模块识别到超频事件时，发送识别信号给所述超频控制模块；
所述超频控制模块判断是否存在不处于超频时段的第二边缘计算终端；
如果存在，则所述超频控制模块将所述超频事件分发给所述第二边缘计算终端。
4.如权利要求3所述的一种计算机过载保护装置，其特征在于：
所述超频控制模块判断是否存在不处于超频时段的第二边缘计算终端；
如果不存在，则所述超频控制模块阻塞产生所述超频事件的所述边缘计算终端与所述中心控制计算的数据传输状态。
5.如权利要求1所述的一种计算机过载保护装置，其特征在于：
所述第二预定时间段在所述第一预定时间段之后。
6.如权利要求2所述的一种计算机过载保护装置，其特征在于：
所述预定的过载保护策略还包括：
将所述多进程事件的部分子进程事件分发给未处于超频状态的处理器。
7.如权利要求2所述的一种计算机过载保护装置，其特征在于：
所述超频控制模块与所述中心控制计算机的所述第二处理器组通信，并实时探测所述第二处理器组的超频状态；
当所述第二处理器组处于超频状态时，所述超频控制模块断开第一数量的边缘计算终端与所述中心控制计算机的数据链路。
8.如权利要求7所述的一种计算机过载保护装置，其特征在于：
所述第一数量的边缘计算终端与所述中心控制计算机之间为异步通信。
9.如权利要求1-7任一所述的一种计算机过载保护装置，其特征在于：
所述第一处理器组和所述第二处理器组与所述超频控制模块通过单向的数据管道通信。
10.如权利要求3所述的一种计算机过载保护装置，其特征在于：
当所述超频事件统计模块识别到超频事件时，发送识别信号给所述超频控制模块；
所述超频控制模块实时探测所述第二处理器组的超频状态；
如果所述第二处理器组未处于超频状态，则将触发所述超频事件的多进程事件分发给所述第二边缘计算终端。
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