CN110062032A - 一种计算机网络集群控制平台应用重构*** - Google Patents

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刘杰
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曹向荣
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Abstract

一种计算机网络集群控制平台应用重构***，涉及计算机控制领域；包括主控计算机、交换设备、备份计算机、n个通用控制计算机和迁移调度模块；每个通用控制计算机分别独立执行不同的任务，且每隔时间t1向主控计算机发送一次任务数据包；当主控计算机故障时，替换主控计算机，实现备份；主控计算机当连续t2时间没有接收到某个通用控制计算机传来的数据包，认为该通用控制计算机宕机；生成迁移指令，并将迁移指令发送至迁移调度模块；迁移调度模块计算负载最小的通用控制计算机的负载，将宕机通用控制计算机的任务迁移至该通用控制计算机执行；本发明避免了因单点故障引起整个***瘫痪、崩溃，实时、高效地完成***应用重构。

Description

一种计算机网络集群控制平台应用重构***
技术领域
本发明涉及一种计算机控制领域，特别是一种计算机网络集群控制平台应用重构***。
背景技术
随着计算机技术在控制领域的应用，一个较为复杂的控制***上层通常由多台计算机组成集群，进而控制底层硬件设备或功能模块。在对实时性以及可靠性要求比较高的计算机集群控制***中，如果控制软件、网络或某个单机设备发生故障，特别是发生故障的软件应用在整个***中发挥重要作用的情况下，可能造成整个***的崩溃、瘫痪，造成严重的后果。因此研究计算机控制集群的软件冗余备份和故障重启机制，使整个***具备异常状态下的快速自恢复能力，使得***内所有发生异常的控制进程继续执行下去，提高整个***的可靠性，是非常有价值的。
传统的计算机控制***的应用冗余备份机制中，应用往往与计算机绑定，也就是某个特定的应用只能在特定的计算机上运行。为了保证每个应用的可靠性，需要对各节点添加额外的备份节点。这种方法虽然在一定程度上提高了***的可靠性，但是将产生比较高的成本代价。
对于大多数的计算控制***而言，各节点在实际使用过程中的负载并不需要处于峰值状态，有可能存在着较大的计算资源和存储空间的冗余。这些冗余资源无法分享给其他节点。而添加额外的备份节点，又使得资源的增加一倍。这便造成了计算资源较大的浪费，隐性地提高了成本。另外，传统的备份机制中，很难确保每个应用都能得到有效备份，很难做到故障状态下的快速响应和***的快速自恢复，以满足控制***的实时性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种计算机网络集群控制平台应用重构***，避免了因单点故障引起整个***瘫痪、崩溃，实时、高效地完成***应用重构。
本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：
一种计算机网络集群控制平台应用重构***，包括主控计算机、交换设备、备份计算机、n个通用控制计算机和迁移调度模块；主控计算机、交换设备、备份计算机和n个通用控制计算机均与交换设备连通；n为正整数，且n≥3；迁移调度模块的一端与主控计算机连通，迁移调度模块的另一端分别与n个通用控制计算机连通
通用控制计算机：每个通用控制计算机分别独立执行不同的任务，且每隔时间t1，各通用控制计算机通过交换设备向主控计算机发送一次任务数据包；
备份计算机：当主控计算机故障时，替换主控计算机，实现备份；
主控计算机：接收n个通用控制计算机传来的n个数据包；当连续t2时间没有接收到某个通用控制计算机传来的数据包，认为该通用控制计算机宕机；生成迁移指令，并将迁移指令发送至迁移调度模块；
迁移调度模块：接收主控计算机传来的迁移指令后，计算除宕机的通用控制计算机外，其余各通用控制计算机的负载q；并筛选出中负载最小的通用控制计算机，认为最佳迁移目标；生成调度指令至该通用控制计算机；该通用控制计算机执行宕机通用控制计算机的任务。
在上述的一种计算机网络集群控制平台应用重构***，所述的主控计算机、交换设备、备份计算机和n个通用控制计算机采用有线或无线的方式与交换设备连通。
在上述的一种计算机网络集群控制平台应用重构***，所述每个通用控制计算机均搭载所有任务执行模块，实现对所有业务的执行能力。
在上述的一种计算机网络集群控制平台应用重构***，所述任务内容包括温度采集、执行机构速度采集、执行机构方向变换、执行机构电源控制和执行机构制动控制；各通用控制计算机执行其中一种任务。
在上述的一种计算机网络集群控制平台应用重构***，每种任务的负载小于等于通用控制计算机总负载的40％。
在上述的一种计算机网络集群控制平台应用重构***，间隔时间t1为0.5-1s。
在上述的一种计算机网络集群控制平台应用重构***，所述t2为1.2-1.4s。
在上述的一种计算机网络集群控制平台应用重构***，所述通用控制计算机的负载q的计算方法为：
q＝0.4a+0.4b+0.2c
式中，a为通用控制计算机的CPU利用率；
b为通用控制计算机的内存利用率；
c为CPU队列长度。
在上述的一种计算机网络集群控制平台应用重构***，当有m个通用控制计算机出现宕机时；每迁移一个通用控制计算机任务，即计算一次各通用控制计算机的负载q，选取负载最小的通用控制计算机作为下次迁移目标，直至实现对m个宕机通用控制计算机任务的迁移；m为正整数，
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明克服了传统计算机控制***冗余备份方案中应用与计算机绑定缺点，能在极短时间内将故障应用灵活部署到其他正常节点，保证了***的各控制任务的正常运行，避免因某个控制进程短时失效而可能造成的严重后果，提高了整个***的可靠性；
(2)本发明包含的在现场控制条件下，基于实时操作***架构的跨节点应用迁移方法，能够及时完成故障应用的迁移部署，具有高可用性和良好的可扩展性；
(3)本发明所包含的在计算机集群控制***可重构条件下，基于剩余负载能力的负载均衡应用迁移部署策略，保证了各节点计算资源的最大化利用，也避免了任务超载。
附图说明
图1为本发明重构***示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
本发明提供一种计算机网络集群控制平台应用重构***，保障计算机网络集群控制***发生故障时能够正常运行，避免因单点故障引起整个***瘫痪、崩溃，实时、高效地完成***应用重构。
如图1所示为重构***示意图，由图可知，一种计算机网络集群控制平台应用重构***，包括主控计算机、交换设备、备份计算机、n个通用控制计算机和迁移调度模块；主控计算机、交换设备、备份计算机和n个通用控制计算机均与交换设备连通；各节点之间采用星形网络结构连接，基于TCP/IP以太网协议组成一个小型的局域网；主控计算机、交换设备、备份计算机和n个通用控制计算机采用有线或无线的方式与交换设备连通。n为正整数，且n≥3；迁移调度模块的一端与主控计算机连通，迁移调度模块的另一端分别与n个通用控制计算机连通
通用控制计算机：每个通用控制计算机均搭载所有任务执行模块，实现对所有业务的执行能力。工作时，每个通用控制计算机分别独立执行不同的任务，任务内容包括温度采集、执行机构速度采集、执行机构方向变换、执行机构电源控制和执行机构制动控制；各通用控制计算机执行其中一种任务；每种任务的负载小于等于通用控制计算机总负载的40％。且每隔时间0.5-1s，各通用控制计算机通过交换设备向主控计算机发送一次任务数据包；且每个通用控制计算机发送的任务数据包不同而且任务数据包的发送和接收不能和其他进程冲突，这样才能保证故障节点的准确识别。
备份计算机：为了避免因主控计算机故障而造成的***崩溃，对主控计算机实施双机备份。正常状态下，备机不工作。一旦主控计算机发生故障，备份计算机立即接替主控节点的工作。当主控计算机故障时，替换主控计算机，实现备份；
主控计算机：接收n个通用控制计算机传来的n个数据包；当连续1.2-1.4s时间没有接收到某个通用控制计算机传来的数据包，认为该通用控制计算机宕机；生成迁移指令，并将迁移指令发送至迁移调度模块；
迁移调度模块：在***无故障状态下均处于等待状态；当接收道主控计算机传来的迁移指令后，计算除宕机的通用控制计算机外，其余各通用控制计算机的负载q；
通用控制计算机的负载q的计算方法为：
q＝0.4a+0.4b+0.2c
式中，a为通用控制计算机的CPU利用率；
b为通用控制计算机的内存利用率；
c为CPU队列长度。
0.4、0.4和0.2为权值，加权得到该通用控制计算机的综合负载指标。权值的确定结合了***的实际工况，充分考虑到各负载指标数值的数量级差异和每个指标对通用控制计算机负载大小的影响程度。确保得到的综合和负载指标能够较好地反映该节点的负载程度。再获取该通用控制计算机的负载。
并筛选出中负载最小的通用控制计算机，认为最佳迁移目标；生成调度指令至该通用控制计算机；该通用控制计算机执行宕机通用控制计算机的任务。
当有m个通用控制计算机出现宕机时；每迁移一个通用控制计算机任务，即计算一次各通用控制计算机的负载q，选取负载最小的通用控制计算机作为下次迁移目标，直至实现对m个宕机通用控制计算机任务的迁移；m为正整数，
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (9)

1.一种计算机网络集群控制平台应用重构***，其特征在于：包括主控计算机、交换设备、备份计算机、n个通用控制计算机和迁移调度模块；主控计算机、交换设备、备份计算机和n个通用控制计算机均与交换设备连通；n为正整数，且n≥3；迁移调度模块的一端与主控计算机连通，迁移调度模块的另一端分别与n个通用控制计算机连通
通用控制计算机：每个通用控制计算机分别独立执行不同的任务，且每隔时间t1，各通用控制计算机通过交换设备向主控计算机发送一次任务数据包；
备份计算机：当主控计算机故障时，替换主控计算机，实现备份；
主控计算机：接收n个通用控制计算机传来的n个数据包；当连续t2时间没有接收到某个通用控制计算机传来的数据包，认为该通用控制计算机宕机；生成迁移指令，并将迁移指令发送至迁移调度模块；
迁移调度模块：接收主控计算机传来的迁移指令后，计算除宕机的通用控制计算机外，其余各通用控制计算机的负载q；并筛选出中负载最小的通用控制计算机，认为最佳迁移目标；生成调度指令至该通用控制计算机；该通用控制计算机执行宕机通用控制计算机的任务。
2.根据权利要求1所述的一种计算机网络集群控制平台应用重构***，其特征在于：所述的主控计算机、交换设备、备份计算机和n个通用控制计算机采用有线或无线的方式与交换设备连通。
3.根据权利要求2所述的一种计算机网络集群控制平台应用重构***，其特征在于：所述每个通用控制计算机均搭载所有任务执行模块，实现对所有业务的执行能力。
4.根据权利要求3所述的一种计算机网络集群控制平台应用重构***，其特征在于：所述任务内容包括温度采集、执行机构速度采集、执行机构方向变换、执行机构电源控制和执行机构制动控制；各通用控制计算机执行其中一种任务。
5.根据权利要求4所述的一种计算机网络集群控制平台应用重构***，其特征在于：每种任务的负载小于等于通用控制计算机总负载的40％。
6.根据权利要求5所述的一种计算机网络集群控制平台应用重构***，其特征在于：间隔时间t1为0.5-1s。
7.根据权利要求6所述的一种计算机网络集群控制平台应用重构***，其特征在于：所述t2为1.2-1.4s。
8.根据权利要求7所述的一种计算机网络集群控制平台应用重构***，其特征在于：所述通用控制计算机的负载q的计算方法为：
q＝0.4a+0.4b+0.2c
式中，a为通用控制计算机的CPU利用率；
b为通用控制计算机的内存利用率；
c为CPU队列长度。
9.根据权利要求8所述的一种计算机网络集群控制平台应用重构***，其特征在于：当有m个通用控制计算机出现宕机时；每迁移一个通用控制计算机任务，即计算一次各通用控制计算机的负载q，选取负载最小的通用控制计算机作为下次迁移目标，直至实现对m个宕机通用控制计算机任务的迁移；m为正整数，
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