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摘要:在靶場試驗訓練任務中，指揮顯示系統是靶場指揮控制系統的重要組成部分，有效的支撐試訓任務順利展開。本文針對靶場指控各分系統軟件雙工熱備需求，以QT為開發環境，經過需求分析把不同的功能，諸如雙工狀態、故障監測與切換、故障服務器重入、請求切換、事件記錄等分配給不同的邏輯包進行設計，各邏輯包再合理劃分成多個子單元進行詳細設計與實現。該軟件操作簡捷、功能完善，提升了指揮顯示系統可靠性。
關鍵詞:雙工；節點；心跳；故障檢測
1引言
指揮顯示系統是靶場指揮控制系統的重要組成部分，它擔負著試驗綜合態勢的實時顯示任務，輔助參試人員指揮決策[1]。為了保證系統高可靠性要求，系統中的各服務器均采用雙工熱備份的工作模式。在這種工作模式下，兩臺獨立的服務器通過兩條心跳線路連接起來，在雙工管理軟件的支持下組成互為備份的系統，雙工管理軟件提供雙機狀態實時監測與故障自動切換功能。
2設計思路
雙工熱備技術是利用冗余技術提高系統可靠性的一種方法。在雙工系統中，兩臺服務器配置相同，每一臺都具備單獨完成任務的能力。兩臺服務器同時工作，互為備份。在正常工作情況下，其中一臺服務器為主機，另一臺為副機。主機和副機上的應用程序，接收相同的數據，各自進行相同的處理，主副機得到相同的處理結果，但輸出任務只由主機完成，即由主機向外發送數據包。副機只是作為備份機工作。當雙工系統中的一臺服務器發生故障時，仍能夠繼續完成任務。在副機故障的情況下，主機的處理不受影響。在主機故障的情況下，原副機切換為主機，接替原主機完成任務。發生故障的機器，在排除故障后，可重新加入雙工系統。雙工管理軟件還為每個雙工熱備系統維護了一個虛擬IP地址（以下簡稱虛IP）。虛IP由主機擁有，當實施雙工切換時，虛IP也隨之漂移到新的主機上。
3軟件功能組成
雙工管理軟件由五部分功能模塊組成，包括建立雙工狀態、故障監測與切換、故障服務器重入、請求切換、事件記錄。為滿足國產化操作系統適用要求，本軟件采用Qt語言進行設計，Qt采用C++軟件開發框架[2]，可實現“一次編寫，隨處編譯”[3]，可支持Linux平臺。雙工管理軟件的主要功能是確保系統的不間斷運行[4]，主要過程為：啟動優先原則，雙機中先啟動是主機，后啟動者為備機；互檢互顯，主備機能夠互相檢測連接狀態，并同時發送自身運行狀態，當檢測到本機故障時給予提示信息，以便于主備切換。主備自動切換原則為：當備機在網絡檢測周期內（40ms）未發現主機信息時，自動提升到主機狀態。人工切換原則為：特殊情況時可人工接入進行強行切換，確保設備安全[5]。
4邏輯包的劃分及設計
根據雙工軟件的功能，將其劃分為雙工服務包和雙工管理包，共2個邏輯包。其中雙工服務包、雙工管理包都采用結構化設計方法，雙工管理包采用面向對象設計方法。雙工服務包包括建立雙工狀態包、故障監測與切換包、故障服務器重入包、請求切換包、事件記錄包。建立雙工狀態包：根據配置參數建立初始雙工狀態，即確定哪臺服務器是主機，哪臺是副機；故障監測與切換包：在故障發生時進行雙工切換；故障服務器重入包：故障服務器恢復后，可重新加入雙工熱備系統；請求切換包：業務人員或應用軟件可在需要時進行雙工切換。切換后，原主機變為副機，原副機變為主機；事件記錄包：記錄各種事件到日志文件；雙工管理包：提供圖形界面，顯示雙工信息，允許業務人員對雙工進行配置或者操作。
4.1建立雙工狀態包設計
建立雙工狀態包由初始化單元、雙工狀態建立單元組成。初始化單元：程序的初始化，讀取配置文件，獲取配置參數。雙工狀態建立單元：建立初始的雙工狀態，根據配置信息確定本機的雙工狀態,即確定哪臺服務器是主機，哪臺是副機。編輯獲取雙工狀態（getDupStatus）API調用格式為：lstat表示本機的主/副狀態，值為2時本機為主機，值為1時本機為副機，值為0時表示脫機，其它值未定義。pstat表示它機的主/副狀態，值為2時它機為主機，值為1時它機為副機，值為0時表示它機狀態脫機，其它值未定義。mode表示雙工工作方式，值為0時為人工方式，值為1時為自動方式，其它值未定義。lnet表示本機數據網的狀態，值為1時正常，值為0時故障。lsoft表示本機關鍵軟件的狀態，值為1時正常，值為0時表示異常。pnet表示它機的數據網狀態，值為1時正常，值為0時故障。psoft表示它機的關鍵軟件的狀態，值為1時正常，值為0時故障。API成功完成時，返回值為0。否則返回值為-1。當返回值為-1時，可能的錯誤狀態如下：EFAULT//參數dpsts是一個不可訪問的地址。系統管理員可以通過配置相應的參數來給出希望的初始狀態。例如指定系統初始化時固定由某臺服務器作為主機，另一臺作為副機?；蛘咧付ㄓ呻p工系統中先啟動的服務器作為主機，后啟動的作為副機。
4.2故障監測與切換包設計
故障監測與切換包由服務器故障監測與切換單元、關鍵軟件故障監測單元、網絡連接故障監測與切換單元組成。服務器故障監測與切換單元：在兩個專用連接上監測心跳、兩個專用連接的狀態，確定其是否正常。主機故障時，副機自動切換為主機。在兩個專用連接上監測心跳。主機故障時，副機自動切換為主機。(1)每隔一段時間在兩個專用連接上監測另外一臺服務器的心跳；(2)定期檢查心跳是否超時，如果超時，認為服務器故障；(3)主機故障時，副機自動切換為主機；(4)向應用軟件報告雙工狀態改變；(5)在新的主機上創建虛擬IP（如果配置了虛擬IP），在新的副機上刪除虛擬IP。關鍵軟件故障監測單元：監測關鍵軟件的狀態，是否正常。主機每隔一段時間（如40ms）監視關鍵軟件（包括）的狀態，當狀態異常（如軟件異常退出）時，進行雙工切換。雙工管理軟件還提供另外一種工作模式，即關鍵軟件定期向雙工管理軟件報告狀態（時間長短可設置，暫定為20ms），雙工管理軟件如果在規定的時間內（大于關鍵軟件周期報告狀態時間）沒有收到狀態報告，則認為關鍵軟件故障，向其發送信號，將其“殺死”，并將其重啟。網絡連接故障監測與切換單元：監測節點數據網絡的連接狀態（向交換機發送一個ICMP回送包，交換機收到后返回一個ICMP回送相應包），當主機在一段時間內收不到交換機的應答時，認為連接已故障。主機數據網絡故障時，副機自動切換為主機。等待雙工狀態改變（waitDup）API調用格式：#include<dupserv.h>intwaitDup(void);//描述：應用程序通過該API等待雙工狀態的改變。當主副機狀態改變、雙工工作模式改變時，以及網絡狀態、軟件狀態發生改變時該函數返回。返回值：API成功完成時，返回值為0。否則返回值為-1。執行過程詳見圖1所示。
4.3故障服務器重入包設計
故障服務器重入包由故障服務器重入單元組成。故障服務器重入單元：處理故障節點重新加入雙工。故障服務器恢復后，可重新加入雙工熱備系統；加入后服務器的狀態為副機。
4.4請求切換包設計
請求切換包由故障服務器重入單元組成。雙工管理軟件提供了請求切換的功能，業務人員或應用軟件可在需要時（如系統維護時）進行雙工切換。切換后，原主機變為副機，原副機變為主機。請求雙工切換（reqDupSwitch）API調用格式：#include<dupserv.h>intreqDupSwitch(void);//描述：應用程序可調用此API請求改變雙工狀態。只有在自動方式下才可以由超級用戶在主機上請求切換。如果本機為副機，不允許切換；如果本機為主機，它機為副機，并且它機網絡或軟件異常，不允許切換；成功切換后，原主機變為副機，原副機變為主機。返回值：API成功完成時，返回值為0。當返回值為-1時，可能的錯誤狀態如下：EPERM：非root用戶；ENOTSUP：操作不支持。
4.5事件記錄包設計
事件記錄包由初始化單元、事件記錄單元組成。記錄雙工狀態改變的信息、切換請求和發現的故障信息，例如專用連接故障、雙工狀態改變等。
4.6雙工管理包設計
雙工管理包由雙工狀態顯示單元、雙工切換單元、雙工切換單元、設置雙工模式單元組成。執行過程詳見圖2所示。
5結束語
本文介紹了指揮顯示系統雙工管理軟件的設計，該軟件人性化設計程度高、操作簡捷，便于試驗指揮人員實時高效查看切換軟件雙工工作狀態；軟件設計基于跨平臺應用思想，應用的適用面廣[6]。該軟件的設計實現，有效提高了指揮顯示系統可靠性，該軟件對類似用途領域具有一定啟迪性和推廣價值。
作者:常興華 單位:中國人民解放軍92941部隊
