肖圣魁　孫榮　姜東參　扶湘典

摘 要：三峽通航調(diào)度系統(tǒng)作為三峽局的核心應(yīng)用系統(tǒng)，涉及船舶過閘申報、計劃下發(fā)、過閘統(tǒng)計、信息服務(wù)等各個重要的業(yè)務(wù)。近些年隨著三峽通航業(yè)務(wù)的不斷深化拓展，調(diào)度系統(tǒng)的壓力日益增加，已經(jīng)逐漸無法滿足三峽通航信息化水平飛速發(fā)展的需要。為進(jìn)一步提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及可持續(xù)性，本文對目前調(diào)度系統(tǒng)存在的主要問題進(jìn)行的分析，并研究目前主流的系統(tǒng)高可用部署技術(shù)，提出一套適用于三峽通航調(diào)度系統(tǒng)的架構(gòu)優(yōu)化方案。

關(guān)鍵詞：三峽通航;架構(gòu);高可用

中圖分類號：U641? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）10-0067-02

三峽通航調(diào)度系統(tǒng)是以三峽局頒布的《通航調(diào)度管理辦法》為指導(dǎo)，構(gòu)建涵蓋壩區(qū)升船機(jī)、葛洲壩船閘、三峽船閘、錨地等通航設(shè)施于一體的綜合調(diào)度模型。并在此基礎(chǔ)上，以三峽局《信息資源規(guī)劃方案》為依據(jù)，充分利用已建設(shè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、GPS綜合應(yīng)用系統(tǒng)、應(yīng)用框架系統(tǒng)和數(shù)據(jù)中心等資源，系統(tǒng)性構(gòu)建三峽升船機(jī)航運(yùn)調(diào)度、安檢系統(tǒng)。調(diào)度系統(tǒng)功能主要包括：智能化調(diào)度方案生成、船舶定位與報到、船舶過壩申報、船舶動態(tài)管理、調(diào)度計劃、預(yù)計劃、安檢計劃、調(diào)度管理、錨地管理、運(yùn)行管理、氣象水情管理等功能。目前隨著三峽通航業(yè)務(wù)的發(fā)展，在調(diào)度系統(tǒng)的基礎(chǔ)上二次開發(fā)了資料審核、區(qū)域聯(lián)動、復(fù)檢計劃、船舶流量控制等功能，對調(diào)度系統(tǒng)的壓力逐漸增加，為提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性，滿足不斷發(fā)展的業(yè)務(wù)需求，亟需對調(diào)度系統(tǒng)的架構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

1 三峽通航調(diào)度系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀及存在的問題

調(diào)度系統(tǒng)作為三峽通航業(yè)務(wù)內(nèi)部使用的重要系統(tǒng)，部署在內(nèi)網(wǎng)環(huán)境，其應(yīng)用服務(wù)器的整體架構(gòu)如下圖所示：

調(diào)度安檢系統(tǒng)在船舶申報、調(diào)度、計劃以及安檢等各個流程及環(huán)節(jié)發(fā)揮了重要的作用，但隨著運(yùn)行時間的增加，部分問題日益凸顯，對服務(wù)器及系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成的較大的影響，影響了調(diào)度系統(tǒng)后期的升級優(yōu)化，無法滿足日益增長的業(yè)務(wù)需要。

調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)器目前部署有IBM websphere中間件，為主從模式。當(dāng)主服務(wù)器故障時，將直接導(dǎo)致調(diào)度系統(tǒng)業(yè)務(wù)中斷;當(dāng)從服務(wù)器故障時，主服務(wù)器應(yīng)用負(fù)載大幅度增加，影響系統(tǒng)運(yùn)行速度。

根據(jù)以上分析可以發(fā)現(xiàn)，調(diào)度系統(tǒng)采用的主從結(jié)構(gòu)雖然能夠?qū)I(yè)務(wù)進(jìn)行負(fù)載均衡，減少服務(wù)器應(yīng)用的壓力，但依舊存在單節(jié)點(diǎn)隱患。三峽通航作為影響長江水運(yùn)的重要業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)，一旦調(diào)度系統(tǒng)產(chǎn)生故障，將會影響船舶正常過閘流程，保證服務(wù)器及系統(tǒng)應(yīng)用的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。因此，對調(diào)度系統(tǒng)的架構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化是十分必要的。

2 架構(gòu)技術(shù)分析

（1）集群。集群就是一組相互獨(dú)立的計算機(jī)，通過高速的網(wǎng)絡(luò)組成一個計算機(jī)系統(tǒng)，每個集群節(jié)點(diǎn)都是運(yùn)行其自己進(jìn)程的一個獨(dú)立服務(wù)器。對網(wǎng)絡(luò)用戶來講，網(wǎng)站后端就是一個單一的系統(tǒng)，協(xié)同起來向用戶提供系統(tǒng)資源，系統(tǒng)服務(wù)。通過網(wǎng)絡(luò)連接組合成一個組合來共同完成一個任務(wù)。根據(jù)目的的不同，服務(wù)器集群可以分為高性能集群、高可用集群以及負(fù)載均衡集群。

（2）負(fù)載均衡。負(fù)載均衡（Load Balance）是集群技術(shù)（Cluster）的一種應(yīng)用。負(fù)載均衡可以將工作任務(wù)分?jǐn)偟蕉鄠€處理單元，從而提高并發(fā)處理能力。任何的負(fù)載均衡技術(shù)都要想辦法建立某種一對多的映射機(jī)制：一個請求的入口映射到多個處理請求的節(jié)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)分而治之。這種映射機(jī)制使得多個物理存在對外體現(xiàn)為一個虛擬的整體，對服務(wù)的請求者屏蔽了內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。

（3）高可用。高可用HA（High Availability）是分布式系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計中必須考慮的因素之一，它通常是指，在集群服務(wù)器架構(gòu)中，當(dāng)主服務(wù)器故障時，備份服務(wù)器能夠自動接管主服務(wù)器的工作，并及時切換過去，以實(shí)現(xiàn)對用戶的不間斷服務(wù)。

根據(jù)對不同架構(gòu)技術(shù)進(jìn)行分析比選，并結(jié)合三峽通航業(yè)務(wù)發(fā)展的實(shí)際，目前三峽通航業(yè)務(wù)能力從小型朝著中型過渡，對業(yè)務(wù)的連續(xù)性較高，同時因?yàn)橄到y(tǒng)數(shù)量較多、環(huán)境復(fù)雜，本次架構(gòu)的部署應(yīng)該盡量簡單;經(jīng)過研究分析，擬采用負(fù)載均衡以及高可用作為本次服務(wù)器架構(gòu)優(yōu)化的方案，使用的軟件為LVS、Keepalive以及Nginx。

3 架構(gòu)部署以及實(shí)現(xiàn)

LVS是一個開源的軟件，可以實(shí)現(xiàn)傳輸層四層負(fù)載均衡。LVS是Linux Virtual Server的縮寫，意思是Linux虛擬服務(wù)器。目前有三種IP負(fù)載均衡技術(shù)（VS/NAT、VS/TUN和VS/DR）;八種調(diào)度算法（rr，wrr，lc，wlc，lblc，lblcr，dh，sh）。

Keepalived基于VRRP協(xié)議來實(shí)現(xiàn)高可用解決方案，避免單點(diǎn)故障^[1]。至少需要兩臺服務(wù)器運(yùn)行Keepalived[2]，即一臺為Master，另一臺為Backup，但對外表現(xiàn)為一個VIP（虛擬IP）。兩臺服務(wù)器會檢測對方狀態(tài)，如果有一臺服務(wù)器宕機(jī)，或工作出現(xiàn)故障，Keepalived將檢測到，并將有故障的服務(wù)器從系統(tǒng)中剔除，同時使用其他服務(wù)器代替該服務(wù)器的工作，當(dāng)服務(wù)器工作正常后Keepalived自動將服務(wù)器加入到服務(wù)器群中，通過服務(wù)器自動接管應(yīng)用，能夠避免產(chǎn)生單點(diǎn)故障。

經(jīng)過優(yōu)化后的架構(gòu)如下圖所示：

4 總結(jié)

根據(jù)以上的測試結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)通過LVS+Keepalived+Nginx的高可用架構(gòu)，能夠有效避免產(chǎn)生單點(diǎn)故障，提升服務(wù)器的穩(wěn)定。同時隨著業(yè)務(wù)的不斷增加，通過增加節(jié)點(diǎn)服務(wù)器給Nginx服務(wù)器分擔(dān)負(fù)載，具有較高的可持續(xù)性，可以有效適應(yīng)三峽通航業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，為三峽通航信息化水平的進(jìn)一步發(fā)展打下一定的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]單康康，王勇超，郭曄.基于LVS+Keepalived的DNS集群研究[J].電信快報，2018（3）：26-28

[2]孫天昊，陳飛，鄧俊昆.一種基于cookie回話保持的LVS集群系統(tǒng)[J].計算機(jī)應(yīng)用研究，2013（4）：1102-1104.