摘要：對于一些大型的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，利用傳統(tǒng)的集中式系統(tǒng)監(jiān)控模型進行監(jiān)控和故障診斷是困難的。文章給出了一種將移動Agent技術(shù)用于系統(tǒng)監(jiān)控的分布式系統(tǒng)監(jiān)控模型。利用這種系統(tǒng)監(jiān)控模型可以減少網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量，縮短系統(tǒng)監(jiān)控與故障診斷時間。

關(guān)鍵詞：分布式；移動Agent；系統(tǒng)監(jiān)控；監(jiān)控模型

0 引言

在現(xiàn)有的集中式系統(tǒng)監(jiān)控體系中，客戶端與服務(wù)器之間傳遞著大量的數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)流量很大，增加了網(wǎng)絡(luò)擁塞的機率，嚴(yán)重的可以導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作。而且對于一些不太穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，在大量傳送數(shù)據(jù)的過程中，很可能出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中斷，導(dǎo)致系統(tǒng)監(jiān)控與診斷不能正常進行的情況。本文提出了一種基于移動Agent技術(shù)的系統(tǒng)監(jiān)控模型，它適合一些不穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)，能減少網(wǎng)絡(luò)中的通信流量，縮短系統(tǒng)監(jiān)控與診斷的時間。

1 移動Agent技術(shù)

移動Agent是一個可以攜帶代碼和狀態(tài)自主在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間遷移的具有自治特性的代碼或程序，它可以移動到網(wǎng)絡(luò)中需要進行監(jiān)控的地方，利用事先賦予的智能，選取系統(tǒng)監(jiān)控所需要的信息，并進行相應(yīng)的處理。Agent在移動過程中，它的自身狀態(tài)被保存，并封裝成信息傳送到新的主機上，從而在新的主機上繼續(xù)執(zhí)行，所以對于很多應(yīng)用系統(tǒng)來說，移動Agent是一個行之有效的選擇。在客戶機服務(wù)器體系中它可以明顯改善延遲和提高網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率，在網(wǎng)絡(luò)狀況不佳時還可以降低通信中斷的概率等。

2 基于移動Agent的系統(tǒng)監(jiān)控模型

分布式系統(tǒng)監(jiān)控的主要任務(wù)是監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有設(shè)備，并根據(jù)所采集的設(shè)備信息，采用智能的診斷方法，準(zhǔn)確而又及時地判斷可能產(chǎn)生的設(shè)備故障，給出設(shè)備故障描述和快速排除故障的策略。

2．1分布式系統(tǒng)監(jiān)控模型的各組成部分

如圖1所示，整個系統(tǒng)監(jiān)控由兩部分組成：監(jiān)控管理站和被監(jiān)控站。基于分布式的系統(tǒng)監(jiān)控采用了兩級故障診斷結(jié)構(gòu)，即高級診斷部分與低級診斷部分，診斷的粒度可以達到網(wǎng)絡(luò)中的具體設(shè)備，如計算機、網(wǎng)絡(luò)交換機、路由器等，完成整個域內(nèi)系統(tǒng)監(jiān)控任務(wù)的設(shè)備則由具有監(jiān)控能力的計算機承擔(dān)，從而形成一個分層次的系統(tǒng)監(jiān)控與診斷的體系結(jié)構(gòu)。

(1)被監(jiān)控站系統(tǒng)組成

被監(jiān)控站由設(shè)備數(shù)據(jù)采集模塊、SNMP Agent模塊、低級故障診斷模塊、MAEE組成。設(shè)備數(shù)據(jù)采集模塊采用專用的數(shù)據(jù)采集設(shè)備。SNMP Agent模塊則從網(wǎng)絡(luò)中支持SNMP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備共同維持的MIB中獲取這些設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)狀況等的狀態(tài)信息。低級故障診斷模塊是被監(jiān)控站與維護人員的接口，它對采集來的數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，對于一些比較容易診斷的故障，給出故障提示，并指導(dǎo)維護人員修復(fù)故障。MAEE是移動Agent執(zhí)行環(huán)境，為移動代理提供各種功能支持，包括創(chuàng)建、運行、傳送、接收和保護等，它為執(zhí)行移動代理創(chuàng)造一個位置透明、便于控制、安全可靠的運行環(huán)境。

圖1 基于移動Agent的系統(tǒng)監(jiān)控模型示意圖

被監(jiān)控站的代理由移動代理MA(Mobile Agent)和常駐代理SA(stationary Agent)組成。SA可以自己激活，也可以由監(jiān)控管理站的管理站代理MSA激活，它常駐被監(jiān)控站，不能移動。它的主要任務(wù)是從設(shè)備數(shù)據(jù)采集模塊和SNMP Agent中獲取采集數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)交給低級診斷模塊進行診斷，同時還要準(zhǔn)備與MA交換數(shù)據(jù)。MA由監(jiān)控管理站的MSA產(chǎn)生，并被派發(fā)或遷移到各個被監(jiān)控站，它攜帶了MSA指示，并從SA中獲取采集數(shù)據(jù)。

(2)監(jiān)控管理站系統(tǒng)組成

監(jiān)控管理站由一個故障診斷專家系統(tǒng)組成。專家系統(tǒng)是根據(jù)人們長期的實踐經(jīng)驗和大量的故障信息設(shè)計的一套智能計算機程序，用于解決復(fù)雜系統(tǒng)的故障診斷問題。整個故障診斷專家系統(tǒng)由一個高級故障診斷專家系統(tǒng)、知識庫、本地信息采集模塊、MAEE組成。其中高級故障診斷專家系統(tǒng)相當(dāng)于專家系統(tǒng)中的推理機，此外還對整個域內(nèi)故障診斷系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)和管理，并實現(xiàn)了用戶接口。本地信息采集模塊提供了與本計算機相連的設(shè)備的數(shù)據(jù)采集功能。MAEE中的MSA負(fù)責(zé)激活被監(jiān)控站的SA，產(chǎn)生和派發(fā)MA。數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊是MAEE與高級診斷專家系統(tǒng)之間的接口，它能夠?qū)?shù)據(jù)進行緩沖，以協(xié)調(diào)雙方的數(shù)據(jù)同步。

2．2分布式系統(tǒng)監(jiān)控模型的具體工作流程

首先，高級故障診斷專家系統(tǒng)定時地或根據(jù)用戶的指示經(jīng)過MAEE的數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊向MSA發(fā)出指令，MSA根據(jù)指令的要求，確定移動Agent的任務(wù)，同時激活各被監(jiān)控站的SA。接著產(chǎn)生MA，并按事先約定好的遷移路徑派發(fā)出去。在被監(jiān)控站，SA一旦被激活就開始采集數(shù)據(jù)，當(dāng)MA到達后，SA將MA的指令和數(shù)據(jù)一并交給低級故障診斷模塊，該模塊根據(jù)指令的要求去除冗余數(shù)據(jù)，并進行故障診斷，將診斷結(jié)果和診斷不了的數(shù)據(jù)經(jīng)SA交給MA。MA繼續(xù)根據(jù)遷移路徑遷移到下一個被監(jiān)控站或返回到時監(jiān)控管理站。最后，在監(jiān)控管理站，MA返回后，將采集到的數(shù)據(jù)和部分診斷結(jié)果經(jīng)數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊交給高級診斷專家系統(tǒng)處理，專家系統(tǒng)運行推理機，并根據(jù)知識庫中的數(shù)據(jù)進行分析，給出正確的診斷結(jié)果。

3 優(yōu)勢分析

3．1利用移動代理進行故障定位

如果MA在巡游路徑上發(fā)現(xiàn)有節(jié)點不可達，就向管理站發(fā)出信息，通知管理站有異常。因為本站之前的各站都是可達的，所以只要問題出在后端，管理站仍可以收到該消息。就算問題出在前端，此移動代理丟失，在下一次巡游中也可以定位故障發(fā)生源。管理站知道發(fā)生問題后，就利用移動代理來定位故障。

3．2對網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)流量的分析

傳統(tǒng)的客戶／服務(wù)方式要完成一次系統(tǒng)故障診斷需依次向各個客戶機發(fā)出請求，系統(tǒng)數(shù)據(jù)流量的計算公式為：

其中，N_cs表示集中式系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)流量，N_c表示采集設(shè)備的數(shù)據(jù)量，N_snnp表示一次SNMP請求發(fā)出和響應(yīng)的數(shù)據(jù)量，m表示系統(tǒng)中參與系統(tǒng)監(jiān)控的計算機數(shù)量，n表示完成一輪系統(tǒng)監(jiān)控共發(fā)送了n次SNMP請求。

基于移動Agent的系統(tǒng)監(jiān)控在本地處理所有采集設(shè)備的數(shù)據(jù)和SNMP的數(shù)據(jù)，減少了網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)流量。其數(shù)據(jù)量計算公式為：

其中，N_agent表示基于移動Agent的系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流量，N_di表示本地系統(tǒng)不能處理的數(shù)據(jù)，N_si表示本地系統(tǒng)已處理的數(shù)據(jù)結(jié)果，N_ma表示移動Agent的本身的數(shù)據(jù)量，m同公式(1)。

從以上兩式的對比中可以看出，N_ma只是移動Agent的代碼部分，代碼相對于采集的數(shù)據(jù)來說是非常少的。

3．3對系統(tǒng)監(jiān)控中時延的分析

傳統(tǒng)的集中式的系統(tǒng)監(jiān)控采用輪詢的方式，整個系統(tǒng)的時延見公式(3)：

T_es=mT_c+n(T_s+T_r)

(3)其中，T_cs表示集中式系統(tǒng)監(jiān)控時的時延，T_c每次設(shè)備數(shù)據(jù)采集所需時間，T_s和T_r分別表示一次數(shù)據(jù)SNMP請求和響應(yīng)的時延，m、n同公式(1)中的定義。

而在基于移動Agent的系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)中，由于預(yù)先激活常駐代理SA，各被監(jiān)控站處于實時狀態(tài)，移動代理MA在巡游進程中可以直接從SA中獲取數(shù)據(jù)，節(jié)省了等待數(shù)據(jù)采集的時延。時延的計算公式為：

T_agent=(m-1)(T_ms+T_ma)

(4)其中，T_agent表示利用移動Agent進行系統(tǒng)監(jiān)控時的時延，T。是SA向MA傳送數(shù)據(jù)及MA處理數(shù)據(jù)的時間，T_ma為每個MA遷移的時延，m同公式(1)。

從以上兩個式子可以看出，T_c是一個很耗時的量，而在移動Agent環(huán)境中設(shè)備數(shù)據(jù)采集是由SA在本地完成的，不存在T_c這個時延，從而大幅度減少了整個系統(tǒng)的時延。

4 結(jié)束語

經(jīng)過以上分析可以看出：這種基于移動Agent的分布式系統(tǒng)監(jiān)控模型，明顯地降低了網(wǎng)絡(luò)流量，減少了數(shù)據(jù)傳遞的時延，從而增強了整個監(jiān)控系統(tǒng)的實時性?；谌斯ぶ悄軐＜蚁到y(tǒng)的診斷算法，也提高了故障診斷的準(zhǔn)確性。

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文。