專利名稱：一種機群的高可靠性系統(tǒng)及其設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計算機應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種機群的高可靠性系統(tǒng)及其設(shè)計方法。
背景技術(shù)：
機群的高可靠性設(shè)計一直是機群研究的重點。是機群應(yīng)用的一個關(guān)鍵因素?，F(xiàn)在的機群的可靠性設(shè)計主要是通過雙機熱備系統(tǒng)來解決機群的應(yīng)用可靠性問題，雙機熱備系統(tǒng)存在以下缺點，第一，雙機的切換速度比較慢，不能滿足對系統(tǒng)實時性要求特別高的需求。如系統(tǒng)的實時計算能力不能存在大于0.1秒的延時。第二，雙機的切換存在著誤切換操作問題。在雙機的熱切換中，因為切換軟件本身故障，或者切換條件的非故障因素的而使切換啟動。這些都可能導(dǎo)致誤切換問題，結(jié)果導(dǎo)致雙機沖突。第三，雙機的熱備份不能充分利用機群多節(jié)點的特點，遵循的還是小型機系統(tǒng)的高可靠性設(shè)計方案。不能達到機群多節(jié)點的利用率。第四，雙機熱備不能保證對系統(tǒng)可靠性要求特別高的需求，如在金融領(lǐng)域的99.999％的可靠性要求。
在某些特殊領(lǐng)域，如金融、證券領(lǐng)域，對機群的要求具有穩(wěn)定性特別高，實時計算性要求強，數(shù)據(jù)I/O密集度大等特殊要求，但計算復(fù)雜度一般相對簡單。我們發(fā)明的一種機群的結(jié)構(gòu)設(shè)計可以很好的滿足這類特殊應(yīng)用對高可靠性的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠利用機群的多節(jié)點冗余設(shè)計使機群的可靠性達到99.999％的高可靠性設(shè)計方法。保證機群計算性能的無縫切換，防止誤切斷發(fā)生。
機群的架構(gòu)使有多個節(jié)點組成，至少為三個計算節(jié)點。
機群的單個節(jié)點能夠完成用戶所需計算要求。
機群有選舉裝置可以進行計算結(jié)果的選舉，能夠在多個結(jié)果中選舉一個最為適合的計算結(jié)果。
機群能夠滿足在規(guī)定的誤差范圍內(nèi)，實現(xiàn)計算結(jié)果的100％正確。
為實現(xiàn)上述目的，機群的高可靠性的系統(tǒng)及其設(shè)計方法，包括從功能上把系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)接收，數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)發(fā)送三部分。數(shù)據(jù)接收部分主要負責(zé)數(shù)據(jù)的同步接收，接收來自底層網(wǎng)絡(luò)的廣播數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理負責(zé)系統(tǒng)的功能處理。而數(shù)據(jù)發(fā)送則完成把機群計算的結(jié)果發(fā)送給用戶。系統(tǒng)通過共識裝置和選舉裝置，選舉最可靠的計算結(jié)果值發(fā)送給用戶，達到高的可靠性。
系統(tǒng)高可靠系統(tǒng)總體架構(gòu)主要分為一下幾個裝置同步接收裝置同部接收數(shù)據(jù)，保證多個計算節(jié)點的數(shù)據(jù)接收能夠達同步的處理數(shù)據(jù)。條件是數(shù)據(jù)可以通過多播對機群的多個節(jié)點進行數(shù)據(jù)廣播。
并行同步處理裝置多節(jié)點同時處理網(wǎng)絡(luò)的同步數(shù)據(jù)，并根據(jù)所需計算公式，計算出所需結(jié)果。
選舉裝置對眾多的計算結(jié)果進行選舉，根據(jù)相應(yīng)的選舉策略，從并行同步處理出來的多個結(jié)果中選舉一個可滿足的計算結(jié)果。
共識裝置對參加計算的節(jié)點根據(jù)共識策略產(chǎn)生系統(tǒng)可靠性能級別，由共識出來的界別最高的節(jié)點負責(zé)對外發(fā)布計算結(jié)果。
發(fā)布裝置共識出來的節(jié)點，通過發(fā)布裝置發(fā)表計算結(jié)果，提供給用戶計算結(jié)果。
按照本發(fā)明的設(shè)計的高可靠性的機群結(jié)構(gòu)可以在可用性、安全性、完整性、準確性四個方面獲得相應(yīng)的設(shè)計目標，可靠性按照該結(jié)構(gòu)設(shè)計的機群可以滿足在服務(wù)時段內(nèi)提供99.999％的可靠性，即無故障時間與服務(wù)總時間的百分比達到99.999％。
準確性在有效的小數(shù)點內(nèi)，保證應(yīng)用計算結(jié)果100％正確。
安全性該機群結(jié)構(gòu)可以達到對計算應(yīng)用的審計追蹤，可以保護以免受到非授權(quán)訪問或破壞。對系統(tǒng)的任何配置修改、啟動、停止、服務(wù)故障等均記錄入日志。根據(jù)不同的日記級別，分別進行安全性監(jiān)控。
完整性在正常運作和故障恢復(fù)后，所有的計算結(jié)果、參數(shù)和配置資料加以保護以防止丟失和損壞，無論這些資料是在磁盤上或內(nèi)存中。
實施過程1數(shù)據(jù)傳輸層(包括接收和發(fā)送)將所需計算的數(shù)據(jù)發(fā)送給計算裝置和同步裝置；并且負責(zé)發(fā)布計算的結(jié)果。
2數(shù)據(jù)處理層計算裝置計算裝置實時的接收數(shù)據(jù)傳輸層發(fā)送過來的計算數(shù)據(jù)，根據(jù)計算公式分別計算各個計算值，并將結(jié)果發(fā)送給選舉裝置。
同步裝置同步裝置實時的接收數(shù)據(jù)傳輸層發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，并且保存到數(shù)據(jù)內(nèi)存表中，當計算裝置需要同步操作的時候，將數(shù)據(jù)內(nèi)存表中的數(shù)據(jù)發(fā)送給計算裝置。
3系統(tǒng)管理層選舉裝置選舉裝置實時的接收來自計算裝置的所有計算的結(jié)果，并在這些結(jié)果中選擇一個誤差在允許范圍內(nèi)的計算結(jié)果作為發(fā)布計算值，并將選舉的結(jié)果發(fā)送到發(fā)布裝置。
共識裝置共識裝置負責(zé)選擇所有計算節(jié)點中的一個作為發(fā)布節(jié)點，擔(dān)負起計算值的發(fā)布的責(zé)任；該節(jié)點選定之后，共識裝置向該節(jié)點的發(fā)布裝置發(fā)送通知消息，激活該節(jié)點的發(fā)布模式，使之工作。
發(fā)布裝置發(fā)布裝置接收選舉裝置的選舉的結(jié)果，并且將該計算結(jié)果通過數(shù)據(jù)傳輸層發(fā)布出去。
異常處理裝置異常處理裝置負責(zé)將各個裝置產(chǎn)生的錯誤、異常記錄下來，并且在每天交易之后進行統(tǒng)計。
使用本設(shè)計方法來完成計算高可靠性的設(shè)計的意義在于首先，使用本設(shè)計方法可以大大提供機群的可靠性設(shè)計。在本系統(tǒng)的設(shè)計中，只有全部多個節(jié)點同時出現(xiàn)故障，才會使本系統(tǒng)出現(xiàn)停機故障。通過我們計算，當在節(jié)點達到五個以上的時候，本系統(tǒng)就可以滿足99.999％的可靠性了。第二，使用本設(shè)計可以實現(xiàn)計算的無縫連接，計算的結(jié)果因為通過共識裝置來實現(xiàn)計算數(shù)值的發(fā)布。當共識裝置共識出來的節(jié)點出現(xiàn)問題的時候，那么系統(tǒng)會自動切換到新共識出來的節(jié)點進行數(shù)據(jù)發(fā)布。第三，使用本設(shè)計可以實現(xiàn)充分體現(xiàn)機群的規(guī)模效果，對一般的機群來說，五個節(jié)點已經(jīng)算使非常小的一個單位，利用這樣一個機群的小的單元實現(xiàn)高效的計算服務(wù)，可以體現(xiàn)出機群的規(guī)模效果。


圖1是一種高可靠性機群設(shè)計方案的圖例說明圖。
圖2是本發(fā)明的機群的高可靠性設(shè)計方法流程圖。
圖3是本發(fā)明的機群的高可靠性系統(tǒng)圖。
具體實施例方式
圖1的高可靠性機群設(shè)計方案的圖例說明。數(shù)據(jù)接收層主要完成數(shù)據(jù)的同步接收，接收來自外界的廣播數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理層主要完成系統(tǒng)的功能處理，并把機群計算的結(jié)果發(fā)送給用戶。系統(tǒng)管理層主要有共識裝置和選舉裝置，選舉最可靠的計算結(jié)果值并通過共識出來的共識節(jié)點發(fā)送給用戶，達到高的可靠性。
圖2的機群的高可靠性設(shè)計方法，其步驟如下步驟1數(shù)據(jù)接收裝置完成接收外界傳送過來的計算數(shù)據(jù)，把所需計算數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)處理裝置；機群的各個節(jié)點在計算前先進行計算前的初始化工作，從系統(tǒng)中讀取計算所需要的參數(shù)文件，并設(shè)置相應(yīng)的指數(shù)計算所需要的計算接收定時器；還需要從同步節(jié)點上面接收同步數(shù)據(jù)，所以設(shè)置同步接收定時器；根據(jù)需求設(shè)置計算需要接受的行情接收定時器，系統(tǒng)進入到行情接收準備狀態(tài)；步驟2數(shù)據(jù)處理裝置中的同步裝置完成在指定的時間內(nèi)對收到的數(shù)據(jù)進行同步處理，根據(jù)系統(tǒng)定義的時間更新同步裝置數(shù)據(jù)；當計算到一定時間(系統(tǒng)的同步時間間隔)后，系統(tǒng)因為運算而導(dǎo)致的系統(tǒng)運算的數(shù)據(jù)不準確，需要從同步節(jié)點上對計算節(jié)點上的數(shù)據(jù)進行同步處理，系統(tǒng)向同步節(jié)點上發(fā)送同步請求，獲取同步節(jié)點的同步數(shù)據(jù)，然后再在行情接收狀態(tài)下進行同步處理；步驟3數(shù)據(jù)處理裝置中的計算裝置對接收的數(shù)據(jù)進行計算；當系統(tǒng)到行情接收時間間隔后，計算節(jié)點因為收不到行情數(shù)據(jù)無法進行指數(shù)計算，所以系統(tǒng)就告警提示用戶系統(tǒng)行情接收出現(xiàn)問題；步驟4數(shù)據(jù)處理裝置中的計算裝置對接收的數(shù)據(jù)在內(nèi)存中進行處理；當接收到行情數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)對內(nèi)存中的行情數(shù)據(jù)表進行更新，供計算進程進行指數(shù)計算；步驟5系統(tǒng)管理層中的選舉和共識裝置對計算產(chǎn)生的結(jié)果進行處理，并發(fā)送給外界進行應(yīng)用，當系統(tǒng)到計算時間間隔后，計算進程就進行指數(shù)計算，計算完的指數(shù)發(fā)送到選舉模塊進行選舉，然后進入到行情接收狀態(tài)等待行情接收。
圖3的機群的高可靠性系統(tǒng)，包括同步接收裝置同部接收數(shù)據(jù)，保證多個計算節(jié)點的數(shù)據(jù)接收能夠達同步的處理數(shù)據(jù)，條件是數(shù)據(jù)通過多播來自于網(wǎng)絡(luò)，對機群的多個節(jié)點進行數(shù)據(jù)廣播；并行同步處理裝置多節(jié)點同時處理網(wǎng)絡(luò)的同步數(shù)據(jù)，并根據(jù)所需計算公式，計算出所需結(jié)果；選舉裝置對眾多的計算結(jié)果進行選舉，根據(jù)相應(yīng)的選舉策略，從并行同步處理出來的多個結(jié)果中選舉一個可滿足的計算結(jié)果；共識裝置對參加計算的節(jié)點根據(jù)共識策略產(chǎn)生系統(tǒng)可靠性能級別，由共識出來的界別最高的節(jié)點負責(zé)對外發(fā)布計算結(jié)果；發(fā)布裝置共識出來的節(jié)點，通過發(fā)布裝置發(fā)表計算結(jié)果，提供給用戶計算結(jié)果；
其中，同步接收裝置連接到并行同步處理裝置上，并行同步處理裝置連接到選舉裝置上，選舉裝置連接到共識裝置上，共識裝置連接發(fā)布裝置。
權(quán)利要求
1.一種機群的高可靠性系統(tǒng)，包括同步接收裝置同部接收數(shù)據(jù)，保證多個計算節(jié)點的數(shù)據(jù)接收能夠達同步的處理數(shù)據(jù)，條件是數(shù)據(jù)通過多播來自于網(wǎng)絡(luò)，對機群的多個節(jié)點進行數(shù)據(jù)廣播；并行同步處理裝置多節(jié)點同時處理網(wǎng)絡(luò)的同步數(shù)據(jù)，并根據(jù)所需計算公式，計算出所需結(jié)果；選舉裝置對眾多的計算結(jié)果進行選舉，根據(jù)相應(yīng)的選舉策略，從并行同步處理出來的多個結(jié)果中選舉一個可滿足的計算結(jié)果；共識裝置對參加計算的節(jié)點根據(jù)共識策略產(chǎn)生系統(tǒng)可靠性能級別，由共識出來的界別最高的節(jié)點負責(zé)對外發(fā)布計算結(jié)果；發(fā)布裝置共識出來的節(jié)點，通過發(fā)布裝置發(fā)表計算結(jié)果，提供給用戶計算結(jié)果；其中，同步接收裝置連接到并行同步處理裝置上，并行同步處理裝置連接到選舉裝置上，選舉裝置連接到共識裝置上，共識裝置連接發(fā)布裝置。
2.按權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于機群的架構(gòu)使有多個節(jié)點組成，至少為三個計算節(jié)點。
3.按權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于機群的單個節(jié)點能夠完成用戶所需計算要求。
4.按權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于機群有選舉裝置可以進行計算結(jié)果的選舉，能夠在多個結(jié)果中選舉一個最為適合的計算結(jié)果。
5.按權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于機群有共識裝置可以實現(xiàn)發(fā)布節(jié)點的無縫切換。
6.按權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于機群能夠滿足99.999％的高可靠性設(shè)計。
7.按權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于機群能夠滿足在規(guī)定的誤差范圍內(nèi)，實現(xiàn)計算結(jié)果的100％正確。
8.一種機群的高可靠性設(shè)計方法，其步驟如下步驟1數(shù)據(jù)接收裝置完成接收外界傳送過來的計算數(shù)據(jù)，把所需計算數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)處理裝置；機群的各個節(jié)點在計算前先進行計算前的初始化工作，從系統(tǒng)中讀取計算所需要的參數(shù)文件，并設(shè)置相應(yīng)的指數(shù)計算所需要的計算接收定時器；還需要從同步節(jié)點上面接收同步數(shù)據(jù)，所以設(shè)置同步接收定時器；根據(jù)需求設(shè)置計算需要接受的行情接收定時器，系統(tǒng)進入到行情接收準備狀態(tài)；步驟2數(shù)據(jù)處理裝置中的同步裝置完成在指定的時間內(nèi)對收到的數(shù)據(jù)進行同步處理，根據(jù)系統(tǒng)定義的時間更新同步裝置數(shù)據(jù)；當計算到一定時間后，系統(tǒng)因為運算而導(dǎo)致的系統(tǒng)運算的數(shù)據(jù)不準確，需要從同步節(jié)點上對計算節(jié)點上的數(shù)據(jù)進行同步處理，系統(tǒng)向同步節(jié)點上發(fā)送同步請求，獲取同步節(jié)點的同步數(shù)據(jù)，然后再在行情接收狀態(tài)下進行同步處理；步驟3數(shù)據(jù)處理裝置中的計算裝置對接收的數(shù)據(jù)進行計算；當系統(tǒng)到行情接收時間間隔后，計算節(jié)點因為收不到行情數(shù)據(jù)無法進行指數(shù)計算，所以系統(tǒng)就告警提示用戶系統(tǒng)行情接收出現(xiàn)問題；步驟4數(shù)據(jù)處理裝置中的計算裝置對接收的數(shù)據(jù)在內(nèi)存中進行處理，當接收到行情數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)對內(nèi)存中的行情數(shù)據(jù)表進行更新，供計算進程進行指數(shù)計算；步驟5系統(tǒng)管理層中的選舉和共識裝置對計算產(chǎn)生的結(jié)果進行處理，并發(fā)送給外界進行應(yīng)用，當系統(tǒng)到計算時間間隔后，計算進程就進行指數(shù)計算，計算完的指數(shù)發(fā)送到選舉模塊進行選舉，然后進入到行情接收狀態(tài)等待行情接收。
全文摘要
一種機群的高可靠性設(shè)計方法，包括同步接收裝置；選舉裝置；共識裝置；發(fā)布裝置，提供給用戶計算結(jié)果。其步驟如下步驟1數(shù)據(jù)接收裝置接收計算數(shù)據(jù)；步驟2數(shù)據(jù)處理裝置對收到的數(shù)據(jù)進行同步處理；步驟3數(shù)據(jù)處理裝置對接收的數(shù)據(jù)進行計算；步驟4數(shù)據(jù)處理裝置對接收的數(shù)據(jù)在內(nèi)存中進行處理；步驟5系統(tǒng)管理層對計算產(chǎn)生的結(jié)果進行處理，并發(fā)送給外界進行應(yīng)用。本發(fā)明的機群高可靠性設(shè)計可以滿足系統(tǒng)可靠性要求高，實時性要求強，數(shù)據(jù)輸入輸出密度比較大的應(yīng)用需求。充分利用機群的多節(jié)點規(guī)模，實現(xiàn)系統(tǒng)的高可靠性設(shè)計。
文檔編號H04L29/06GK1658617SQ20051005918
公開日2005年8月24日 申請日期2005年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月24日
發(fā)明者徐志偉, 王海軍, 蔡季萍, 李偉 申請人:中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所