雙機(jī)熱備軟件設(shè)計(jì)分析

摘 要：本文對(duì)雙機(jī)熱備軟件最基礎(chǔ)的功能要點(diǎn)及實(shí)現(xiàn)邏輯進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)雙機(jī)熱備中雙主機(jī)方式（Active-Active方式）的熱備切換功能。為以后雙機(jī)熱備軟件的使用和后續(xù)復(fù)雜功能的研究提供了一些參考和開發(fā)思路。

關(guān)鍵詞：軟件開發(fā)；雙機(jī)熱備；網(wǎng)絡(luò)通信

中圖分類號(hào)：TP309文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2018）09-0056-05

Abstract：In this paper，the most basic function points and implementation logic of dual hot standby software are analyzed，and the hot standby switching function of Active-Active mode is designed and completed. It provides some reference and development ideas for the future use of the dual machine hot standby software and the subsequent complex function.

Keywords：software development；dual machine hot standby；network communication

0 引 言

雙機(jī)熱備指的是就是將中心服務(wù)器安裝成互為備份的兩臺(tái)服務(wù)器，并且在同一時(shí)間內(nèi)只有一臺(tái)服務(wù)器運(yùn)行。當(dāng)其中運(yùn)行著的一臺(tái)服務(wù)器出現(xiàn)故障無(wú)法啟動(dòng)時(shí)，另一臺(tái)備用服務(wù)器會(huì)迅速的自動(dòng)啟動(dòng)并運(yùn)行，從而保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。雙機(jī)熱備的工作機(jī)制實(shí)際上是為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的中心服務(wù)器提供了一種故障自動(dòng)恢復(fù)能力。

1 雙機(jī)熱備拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析

雙機(jī)熱備的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在簡(jiǎn)單的示例上的連接如圖1所示，即把兩臺(tái)熱備服務(wù)器簡(jiǎn)單的進(jìn)行連接通信。

但是其實(shí)，在圖1上面縮減了以太網(wǎng)的存在，真實(shí)的拓?fù)鋱D如圖2所示。

在一些網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的拓?fù)鋱D中，以太網(wǎng)確實(shí)是可以進(jìn)行縮減，但是在雙機(jī)熱備的拓?fù)鋱D中，以太網(wǎng)有它的特殊存在意義。因此無(wú)論是兩臺(tái)服務(wù)器直接使用網(wǎng)線進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)互聯(lián)，還是通過(guò)路由進(jìn)行互聯(lián)，只要使用了以太網(wǎng)進(jìn)行連接，兩臺(tái)服務(wù)器要進(jìn)行通信都必須通過(guò)“網(wǎng)關(guān)”來(lái)進(jìn)行通信。

眾所周知，從一個(gè)房間走到另一個(gè)房間，必然要經(jīng)過(guò)一扇門。同樣，從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)向另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信息，也必須經(jīng)過(guò)一道“關(guān)口”，這道關(guān)口就是網(wǎng)關(guān)。顧名思義，網(wǎng)關(guān)（Gateway）就是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的“關(guān)口”，也就是網(wǎng)絡(luò)關(guān)卡。

在雙機(jī)熱備軟件設(shè)計(jì)上，網(wǎng)關(guān)對(duì)于判斷服務(wù)器是否在正常運(yùn)行，有著很重要的邏輯意義。詳細(xì)的邏輯判斷在下文進(jìn)行闡述。

2 雙機(jī)熱備服務(wù)器切換邏輯分析

在雙機(jī)熱備軟件運(yùn)作的邏輯中，當(dāng)主用服務(wù)處于非正常工作的時(shí)候，需要把備用服務(wù)啟動(dòng)來(lái)替代主用服務(wù)器進(jìn)行工作。而判斷服務(wù)器是否正常運(yùn)行就是雙機(jī)熱備軟件開始運(yùn)作的第一步。

每隔少許時(shí)間，備用服務(wù)器都會(huì)通過(guò)線路發(fā)送“心跳”來(lái)查看主用服務(wù)器的運(yùn)行狀態(tài)，從而判斷是否需要啟動(dòng)，如圖3所示。

但是該設(shè)計(jì)有個(gè)無(wú)法解決的邏輯判斷，就是無(wú)法判斷出主用服務(wù)器出現(xiàn)問(wèn)題還是線路出現(xiàn)問(wèn)題，如圖4和5所示。

所以當(dāng)線路出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，按照?qǐng)D5中的邏輯判斷，便會(huì)啟動(dòng)備用服務(wù)器。但是此時(shí)主用服務(wù)器還是在正常工作，啟用備用服務(wù)器就是一個(gè)嚴(yán)重的邏輯錯(cuò)誤，在切換邏輯判斷上不能使用這個(gè)方法。

為了解決該問(wèn)題，需要使用到上文的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，也就是需要使用到“網(wǎng)關(guān)”來(lái)進(jìn)行邏輯判斷，如圖6所示。

當(dāng)備用服務(wù)器往主用服務(wù)器發(fā)送心跳時(shí)，心跳數(shù)據(jù)需要先經(jīng)過(guò)以太網(wǎng)（網(wǎng)關(guān)），再到達(dá)主用服務(wù)器。如果心跳并未到達(dá)網(wǎng)關(guān)就已經(jīng)停止，則說(shuō)明備用服務(wù)器線路異常，主熱備功能失效，需要提醒設(shè)備的管理人員進(jìn)行相應(yīng)的處理。

而當(dāng)心跳數(shù)據(jù)已經(jīng)通過(guò)網(wǎng)關(guān)時(shí)，但是未能到達(dá)主用服務(wù)器，則能判斷主用服務(wù)器處于非正常工作狀態(tài)。產(chǎn)生這種問(wèn)題的原因有可能是主用服務(wù)器線路斷開，也有可能是主用服務(wù)器已經(jīng)死機(jī)，無(wú)法進(jìn)行相應(yīng)的功能。雖然無(wú)法具體定位到是線路問(wèn)題還是主用服務(wù)器問(wèn)題，但是無(wú)論哪個(gè)情況，復(fù)用服務(wù)器都需要啟動(dòng)起來(lái)來(lái)替代主用服務(wù)器進(jìn)行工作。

本節(jié)切換邏輯判斷總體流程如圖7所示。

3 雙機(jī)熱備恢復(fù)熱備功能邏輯分析

在雙機(jī)熱備功能中，主用服務(wù)器和備用服務(wù)器都有可能出現(xiàn)異常情況，導(dǎo)致熱備功能失效。當(dāng)主用服務(wù)器或者備用服務(wù)器熱備功能出現(xiàn)異常后，設(shè)備人員修復(fù)設(shè)備完成后，軟件需要自動(dòng)對(duì)熱備的恢復(fù)功能進(jìn)行邏輯處理。

這種邏輯處理具體有兩種情況：一種為備用服務(wù)器產(chǎn)生異常，而主用服務(wù)器還在正常運(yùn)作的情況。在這情況下，備用重新恢復(fù)熱備功能的時(shí)候不能影響主用服務(wù)器的正常運(yùn)行，也不能把自己替代成主用服務(wù)器來(lái)處理。第二種情況為，主用服務(wù)器和備用服務(wù)器都由于某些特殊的原因先后出現(xiàn)異常，設(shè)備人員未能及時(shí)處理，兩臺(tái)服務(wù)器同時(shí)無(wú)法使用。在這情況下，先修復(fù)的服務(wù)器要判斷為主用服務(wù)器，后修復(fù)的服務(wù)器要判斷為備用服務(wù)器，當(dāng)兩臺(tái)服務(wù)器正常時(shí)，主熱備功能恢復(fù)正常使用。

完成這個(gè)邏輯處理，需要兩個(gè)校驗(yàn)數(shù)據(jù)，一個(gè)是主用服務(wù)器使用的標(biāo)記信息（通常使用主用服務(wù)器的IP地址）；另外一個(gè)是主用服務(wù)器正常運(yùn)行時(shí)，每一個(gè)時(shí)間心跳的最后時(shí)間的刷新紀(jì)錄。這兩個(gè)校驗(yàn)數(shù)據(jù)通過(guò)發(fā)送心跳和心跳回饋的方式進(jìn)行消息傳輸。

該功能邏輯判斷流程如圖8所示。

4 將服務(wù)器動(dòng)態(tài)IP應(yīng)用到雙機(jī)熱備的邏輯分析

在雙機(jī)熱備軟件的使用中，最為典型應(yīng)用場(chǎng)景就是要求在主用服務(wù)器應(yīng)用的情況下，無(wú)論切換的是服務(wù)器A還是服務(wù)器B，對(duì)外的訪問(wèn)都是使用同一IP地址。要想在雙機(jī)熱備軟件上的實(shí)現(xiàn)這種功能，就必須做到當(dāng)主用服務(wù)器切換到服務(wù)器A時(shí)，將動(dòng)態(tài)IP地址添加到服務(wù)器A；當(dāng)主用服務(wù)器切換到服務(wù)器B時(shí)，把服務(wù)器上面A的動(dòng)態(tài)IP地址去除。

在圖9中，將切換邏輯，恢復(fù)邏輯，以及動(dòng)態(tài)IP邏輯整合到一起，完成最基本的雙機(jī)熱備軟件功能。

根據(jù)圖9中的邏輯，記錄服務(wù)器A與服務(wù)器B中模擬進(jìn)行切換的時(shí)間點(diǎn)以及服務(wù)器A與服務(wù)器B的狀態(tài)，如表1所示。

表1模擬演示了備用服務(wù)器B從失連到連接后的狀態(tài)，主用服務(wù)器A從失連到備用服務(wù)器B替代主用服務(wù)器的狀態(tài)，服務(wù)器A與服務(wù)器B同時(shí)無(wú)法正常工作后，先運(yùn)行的服務(wù)器為主用服務(wù)器的狀態(tài)，運(yùn)行結(jié)果正確，運(yùn)行切換時(shí)間短，熱備功能效率高。

5 結(jié) 論

雙機(jī)熱備的需求看似簡(jiǎn)單，但是也包含了好幾種的應(yīng)用場(chǎng)景在里面，需要具體的去分析各個(gè)場(chǎng)景中的邏輯判斷的需要，也需要考慮服務(wù)器中各個(gè)參數(shù)的變化情況，以確保主用與備用的切換和判斷，切換后的自動(dòng)恢復(fù)，以及服務(wù)器功能正常穩(wěn)定的運(yùn)行。

誠(chéng)然，雙機(jī)熱備只是一種小功能產(chǎn)品，無(wú)法與一些大的項(xiàng)目做比較，但是在保障整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的正常運(yùn)行之中也是有它的一席之地。本文詳細(xì)的羅列了雙機(jī)熱備中各個(gè)功能要點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)思路，以及如何把一個(gè)常見的動(dòng)態(tài)IP功能整合到雙機(jī)熱備的功能中，為后續(xù)將更多的功能添加與開發(fā)提供了一些參考。

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作者簡(jiǎn)介：狄添舜（1989-），男，漢族，廣東廣州人，軟件設(shè)計(jì)師，學(xué)士。研究方向：通信調(diào)度集群開發(fā)。