CN118138435B - 一种主备机切换实现方法及处理终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种主备机切换实现方法，应用于分布式主备机系统，包括以下步骤：从任一个网络机作为当前网络机，当前网络机向其他所有网络机发送当前网络机的数据包，并接收其他网络机发送过来的数据包；若至少接收到一台其他网络机的应答，则继续执行；遍历每一个接收到的数据包，若解析的数据包为选举包，则对该数据包继续执行；基于解析后的选举包，分析选举包的选举状态，基于选举状态，执行不同的处理措施，以根据选举状态的不同，更新当前网络机的选举包的选举状态；基于当前网络机和其他网络机的选举包的工作状态选举出其中一个网络机作为主机，其余网络机均作为备机。本发明减少硬件资源，支持动态扩充设备，无需重新加载，带宽需求更少。

Description

一种主备机切换实现方法及处理终端

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，具体是一种主备机切换实现方法及处理终端。

背景技术

在计算机网络中，特别是分布式网络系统中，常需要设置主机和备机，但主机和备机并不是固定的，往往会随着环境进行改变，为此，需要主备机进行切换处理，将主机变为备机，将众多的备机其中之一者改为主机。

现有的主备机切换往往采用TCP协议同步主备机信息，但采用TCP协议只支持一对一通信，因此，需要实用服务器来存储主备机信息，并且采用TCP协议需要较大带宽和较多硬件资源。此外，现有的主备机切换也有采用支持主备切换的纯硬件系统，但采用这种纯硬件系统，调节方法单一不智能，灵活度小，且需要依赖昂贵的硬件设备。例如，像扩展多台机器加入当前的主备机系统，则需要购买特定硬件设备。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种主备机切换实现方法及处理终端，其能够解决背景技术描述的问题。

实现本发明的目的的技术方案为：一种主备机切换实现方法，应用于分布式主备机系统，主备机系统包括若干网络机，网络机中包括一个主机和至少一个备机，同一时刻，仅有一个网络机为主机，其余网络机均为备机，各个网络机之间通过UDP协议进行数据通信，包括以下步骤：

步骤1：从任一个网络机作为当前网络机，当前网络机向其他所有网络机发送当前网络机的数据包，并接收其他网络机发送过来的数据包，数据包包括选举包和心跳包，选举包包括本机优先级、最高优先级、选举状态和工作状态共四个参数；

步骤2：当前网络机向其他网络机发送选举包后，若在预设时间内未收到所有其他网络机的应答，则将当前网络机选举为主机，其他网络机均作为备机，并结束选举，从而结束处理；若至少接收到一台其他网络机的应答，也即至少接收到一个数据包，则继续执行步骤3；

步骤3：遍历每一个接收到的数据包，当前网络机解析接收到的每一个数据包，若解析到的数据包为心跳包，则更新该心跳包对应IP地址的在线存活时间，完成该心跳包的解析，若解析到的数据包非心跳包和选举包，则丢弃此数据包，若解析的数据包为选举包，则对该数据包继续执行步骤4；

步骤4：基于解析后的选举包，分析选举包的选举状态，基于选举状态，执行不同的处理措施，以根据选举状态的不同，更新当前网络机的选举包的选举状态；

步骤5：基于当前网络机和其他网络机的选举包的工作状态选举出其中一个网络机作为主机，其余网络机均作为备机。

进一步地，在步骤1中，通过心跳包确定两个网络机之间是否建立通信链接，当前网络机每隔一段时间间隔发送一个数据包，网络机之间通过UDP端口发送和接收选举包，

进一步地，在步骤1中，每隔一段时间间隔读取接收到的来自其他网络机的数据包。

进一步地，发送数据包的一段时间间隔和读取数据包的一段时间间隔相异。

进一步地，本机优先级为预先设置，本机优先级表征选举包所在的网络机的优先级，最高优先级表征选举包所在的网络机当前能够拥有的最高优先级，选举状态表征当前选举包是否在执行选举过程，选举状态包括空闲、领导和选举，若选举状态为空闲，则表示当前选举包禁止进行选举，若为领导，则表示当前选举包无需进行选举，若选举状态为选举，表示当前选举包正在进行选举，工作状态表征了选举包所在的网络机是否正在处于执行任务，若是，则工作状态为正在工作，若否，则工作状态为非工作。

进一步地，所述步骤4的具体实现过程，包括以下步骤：

分析选举包的选举状态，

若选举状态为领导，则维持当前网络机的选举包信息，

若选举包为空闲，比较该选举包与当前网络机的选举包的本机优先级大小，接收到的选举包记为接收选举包，当前网络机的选举包记为本地选举包，判断接收选举包的本机优先级是否大于本地选举包的本机优先级，

若是，则判断接收选举包和本地选举包的最高优先级是否相同，若否，则将当前网络机的选举状态更换为选举，并将更新了选举状态的选举包发送给其他网络机，进行选举；若是，则丢弃此接收选举包，

若否，则丢弃此接收选举包，

若选举包为选举，判断接收选举包的本机优先级是否大于本地选举包的本机优先级，

若否，则丢弃此接收选举包，

若是，则继续比较接收选举包的最高优先级和本地选举包的最高优先级是否相同，若否，则将当前网络机的选举包中的最高优先级更换为接收选举包的本机优先级，若是，则对本地选举包不进行任何操作。

进一步地，所述步骤5的具体实现过程，包括以下步骤：

基于当前网络机的选举包的工作状态，判断当前网络机是否正在工作中，

若是，则将当前网络机选举为主机，并通知其他所有网络机，结束选举，从而结束处理，

若否，则将接收到的来自其他网络机的所有选举包均保存到当前网络机本地，并继续执行步骤6，

步骤6：基于选举包的工作状态，分析所有接收选举包所对应的网络机是否正在执行工作，

若至少存在一个网络机正在工作，则将当前网络机选举为备机，当前网络机的选举包的选举状态设为选举，

若所有网络机均未在工作，则判断其他所有接收选举包的最高优先级是否均不是当前网络机的本地优先级，若是，则将当前网络机选举为备机，当前网络机的选举包的选举状态设为空闲，若否，则将当前网络机选举为主机，当前网络机的选举包的选举状态设为领导。

一种处理终端，其包括：

存储器，用于存储程序指令；

处理器，用于运行所述程序指令，以执行所述主备机切换实现方法的步骤。

本发明的有益效果：本发明无论当前分布式主备机系统是否无法通信（每个网络机均是独立的），还是多个网络机（各个网络机之间能够通信），或其他情形，均能够选举出主机，以及能够实现制备机切换。并且通过选举机制，能够在每台网络机（即视为当前网络机）实现主备选举算法，并去掉中心化，减少硬件资源，每台网络机只需在本地存储一份来自其他网络机的所有选举包。并且能够支持动态扩充设备（添加网络机），且无需重新加载主备新增数据，使用UDP协议，相比于TCP协议，对通信带宽需求也更少。

附图说明

图1为本发明的流程示意图；

图2为处理终端的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方案，对本发明做进一步描述：

如图1所示，一种主备机切换实现方法，应用于分布式主备机系统，主备机系统包括若干网络机，这些网络机中包括一个主机和至少一个备机，同一时刻，仅有一个网络机为主机，其余网络机均为备机，各个网络之间通过UDP协议进行数据通信，包括以下步骤：

步骤1：从任一个网络机作为当前网络机，当前网络机向其他所有网络机发送当前网络机的数据包，数据包包括选举包和心跳包，并接收其他网络机发送过来的数据包，选举包包括本机优先级、最高优先级、选举状态和工作状态共四个参数，通过心跳包确定两个网络机之间是否建立通信链接，也即确定是否成功通信。

当前网络机每隔一段时间间隔（例如100ms（毫秒））发送一个数据包，网络机之间通过UDP端口发送和接收选举包。同样的，每隔一段时间间隔（例如200ms）读取接收到的来自其他网络机的数据包。

选举包={本机优先级，最高优先级，选举状态，工作状态}。

本机优先级为预先设置，其表征了选举包所在的网络机的优先级。最高优先级表征了选举包所在的网络机当前能够拥有的最高优先级。选举状态表征当前选举包是否在执行选举过程，选举状态包括空闲、领导和选举，若选举状态为空闲，则表示当前选举包禁止进行选举，若为领导，则表示当前选举包无需进行选举，若选举状态为选举，表示当前选举包正在进行选举。工作状态表征了选举包所在的网络机是否正在处于执行任务，若是，则工作状态为正在工作，若否，则工作状态为非工作。

其中，设置最高优先级是为了选举出哪个网络机作为主机，在一次完整选举过程中，所有网络机中，拥有最高优先级的网络机作为主机，其余网络机均作为备机。

步骤2：当前网络机向其他网络机发送选举包后，若在预设时间内未收到所有其他网络机的应答，则将当前网络机选举为主机，其他网络机均作为备机，并结束选举，从而结束处理；若至少接收到一台其他网络机的应答，也即至少接收到一个数据包，则继续执行步骤3。接收到其他网络机的应答，则意味着当前网络机和该网络机通信正常，能够接收到该网络机发送过来的数据包，从而能够继续执行步骤3，以执行选举过程。

其中，预设时间可以根据实际情况进行调整设置，例如，设置为600 ms（毫秒）。

步骤3：遍历每一个接收到的数据包，当前网络机解析接收到的每一个数据包，若解析到的数据包为心跳包，则更新该心跳包对应IP地址的在线存活时间，完成该心跳包的解析。若解析到的数据包非心跳包和选举包，也即该数据包为异常包，则丢弃此数据包。若解析的数据包为选举包，则对该数据包继续执行步骤4。

步骤4：基于解析后的选举包，分析选举包的选举状态，基于选举状态，执行不同的处理措施，以根据选举状态的不同，更新当前网络机的选举包的选举状态。具体的，

若选举状态为领导，这意味着该选举包所对应的网络机为主机，则维持当前网络机的选举包信息，也即将当前网络机的选举包的各项参数（本机优先级，最高优先级，选举状态和工作状态）维持不变。

若选举包为空闲，比较该选举包（即接收到的选举包）与当前网络机的选举包的本机优先级大小，接收到的选举包记为接收选举包，当前网络机的选举包记为本地选举包，判断接收选举包的本机优先级是否大于本地选举包的本机优先级，

若是，意味着有其他网络机的本机优先级大于当前网络机的本机优先级，则判断接收选举包和本地选举包的最高优先级是否相同，若否（即两者最高优先级不同），这意味着有新的网络机加入当前的主备机系统，则需要将当前网络机的选举状态更换为选举，并将更新了选举状态的选举包发送给其他网络机，进行选举；若是（也即两者最高优先级相同），这意味着表示所有接收选举包均已经参加过选举，且当前主备机系统的选举架构并未发生改变，也即当前主备机系统的网络机数量维持不变，既未增加，也未减少，则丢弃此接收选举包，也即对接收选举包不进行任何处理，

若否，意味着选举机构没有变化，则丢弃此接收选举包，也即对接收选举包不进行任何处理。

若选举包为选举，判断接收选举包的本机优先级是否大于本地选举包的本机优先级，

若否，意味着选举架构没有发生变化，则丢弃此接收选举包，也即对接收选举包不进行任何处理，

若是，这意味着存在其他网络机的本机优先级高于当前网络机，则继续比较接收选举包的最高优先级和本地选举包的最高优先级是否相同，若否（即两者最高优先级相异），这意味着该接收选举包的最高优先级大于当前网络机的最高优先级，则将当前网络机的选举包中的最高优先级更换为接收选举包的本机优先级，也即使得选举包最高优先级跟本地最高优先级相同，若是（即两者最高优先级相同），这意味着所有网络机均参加过选举过程，选举架构没改变，则无需更改当前网络机的最高优先级，也即对本地选举包不进行任何操作。

在本步骤中，对于当前网络机接收到其他所有网络机发送过来的选举包，均进行一一处理和比对，处理完所有的选举包后，则开始进入选举阶段，也即进入步骤5完成选举。

步骤5：基于当前网络机和其他网络机的选举包的工作状态选举出其中一个网络机作为主机，其余网络机均作为备机。具体的，基于当前网络机的选举包的工作状态，判断当前网络机是否正在工作中，也即是否正在执行任务，

若是，则将当前网络机选举为主机，并通知其他所有网络机，结束选举，从而结束处理。

若否，则将接收到的来自其他网络机的所有选举包均保存到当前网络机本地，并继续执行步骤6。

步骤6：基于选举包的工作状态，分析所有接收选举包所对应的网络机是否正在执行工作，

若至少存在一个网络机正在工作，则将当前网络机选举为备机，当前网络机的选举包的选举状态为选举，

若所有网络机均未在工作，则判断其他所有接收选举包的最高优先级是否均不是当前网络机的本地优先级，若是，则将当前网络机选举为备机，当前网络机的选举包的选举状态设为空闲，若否，则将当前网络机选举为主机，当前网络机的选举包的选举状态设为领导。

通过以上处理，无论当前分布式主备机系统是否无法通信（每个网络机均是独立的），还是多个网络机（各个网络机之间能够通信），或其他情形，均能够选举出主机，以及能够实现制备机切换。并且通过选举机制，能够在每台网络机（即视为当前网络机）实现主备选举算法，并去掉中心化，减少硬件资源，每台网络机只需在本地存储一份来自其他网络机的所有选举包。并且能够支持动态扩充设备（添加网络机），且无需重新加载主备新增数据，使用UDP协议，相比于TCP协议，对通信带宽需求也更少。

如图2所示，本发明还提供一种处理终端100，其包括：

存储器101，用于存储程序指令；

处理器102，用于运行所述程序指令，以执行所述主备机切换实现方法的步骤。

本说明书所公开的实施例只是对本发明单方面特征的一个例证，本发明的保护范围不限于此实施例，其他任何功能等效的实施例均落入本发明的保护范围内。对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种主备机切换实现方法，应用于分布式主备机系统，主备机系统包括若干网络机，网络机中包括一个主机和至少一个备机，同一时刻，仅有一个网络机为主机，其余网络机均为备机，各个网络机之间通过UDP协议进行数据通信，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：从任一个网络机作为当前网络机，当前网络机向其他所有网络机发送当前网络机的数据包，并接收其他网络机发送过来的数据包，数据包包括选举包和心跳包，选举包包括本机优先级、最高优先级、选举状态和工作状态共四个参数；

步骤2：当前网络机向其他网络机发送选举包后，若在预设时间内未收到所有其他网络机的应答，则将当前网络机选举为主机，其他网络机均作为备机，并结束选举，从而结束处理；若至少接收到一台其他网络机的应答，也即至少接收到一个数据包，则继续执行步骤3；

步骤3：遍历每一个接收到的数据包，当前网络机解析接收到的每一个数据包，若解析到的数据包为心跳包，则更新该心跳包对应IP地址的在线存活时间，完成该心跳包的解析，若解析到的数据包非心跳包和选举包，则丢弃此数据包，若解析的数据包为选举包，则对该数据包继续执行步骤4；

步骤4：基于解析后的选举包，分析选举包的选举状态，基于选举状态，执行不同的处理措施，以根据选举状态的不同，更新当前网络机的选举包的选举状态；

步骤5：基于当前网络机和其他网络机的选举包的工作状态选举出其中一个网络机作为主机，其余网络机均作为备机；

本机优先级为预先设置，本机优先级表征选举包所在的网络机的优先级，最高优先级表征选举包所在的网络机当前能够拥有的最高优先级，选举状态表征当前选举包是否在执行选举过程，选举状态包括空闲、领导和选举，若选举状态为空闲，则表示当前选举包禁止进行选举，若为领导，则表示当前选举包无需进行选举，若选举状态为选举，表示当前选举包正在进行选举，工作状态表征了选举包所在的网络机是否正在处于执行任务，若是，则工作状态为正在工作，若否，则工作状态为非工作。

2.根据权利要求1所述的主备机切换实现方法，其特征在于，在步骤1中，通过心跳包确定两个网络机之间是否建立通信链接，当前网络机每隔一段时间间隔发送一个数据包，网络机之间通过UDP端口发送和接收选举包。

3.根据权利要求2所述的主备机切换实现方法，其特征在于，在步骤1中，每隔一段时间间隔读取接收到的来自其他网络机的数据包。

4.根据权利要求3所述的主备机切换实现方法，其特征在于，发送数据包的一段时间间隔和读取数据包的一段时间间隔相异。

5.根据权利要求1所述的主备机切换实现方法，其特征在于，所述步骤4的具体实现过程，包括以下步骤：

分析选举包的选举状态，

若选举状态为领导，则维持当前网络机的选举包信息，

若选举状态为空闲，比较该选举包与当前网络机的选举包的本机优先级大小，接收到的选举包记为接收选举包，当前网络机的选举包记为本地选举包，判断接收选举包的本机优先级是否大于本地选举包的本机优先级，

若是，则判断接收选举包和本地选举包的最高优先级是否相同，若否，则将当前网络机的选举状态更换为选举，并将更新了选举状态的选举包发送给其他网络机，进行选举；若是，则丢弃此接收选举包，

若否，则丢弃此接收选举包，

若选举状态为选举，判断接收选举包的本机优先级是否大于本地选举包的本机优先级，

若否，则丢弃此接收选举包，

若是，则继续比较接收选举包的最高优先级和本地选举包的最高优先级是否相同，若否，则将当前网络机的选举包中的最高优先级更换为接收选举包的本机优先级，若是，则对本地选举包不进行任何操作。

6.根据权利要求5所述的主备机切换实现方法，其特征在于，所述步骤5的具体实现过程，包括以下步骤：

基于当前网络机的选举包的工作状态，判断当前网络机是否正在工作中，

若是，则将当前网络机选举为主机，并通知其他所有网络机，结束选举，从而结束处理，

若否，则将接收到的来自其他网络机的所有选举包均保存到当前网络机本地，并继续执行步骤6，

步骤6：基于选举包的工作状态，分析所有接收选举包所对应的网络机是否正在执行工作，

若至少存在一个网络机正在工作，则将当前网络机选举为备机，当前网络机的选举包的选举状态设为选举，

若所有网络机均未在工作，则判断其他所有接收选举包的最高优先级是否均不是当前网络机的本地优先级，若是，则将当前网络机选举为备机，当前网络机的选举包的选举状态设为空闲，若否，则将当前网络机选举为主机，当前网络机的选举包的选举状态设为领导。

7.一种处理终端，其特征在于，其包括：

存储器，用于存储程序指令；

处理器，用于运行所述程序指令，以执行如权利要求1-6任一项所述主备机切换实现方法的步骤。