毛軍為，郝 鵬

（中國民航信息網(wǎng)絡(luò)股份有限公司，北京 100710）

IATA Host to Host通信協(xié)議，是旅客和機(jī)場數(shù)據(jù)交換協(xié)議中的一部分，由IATA制定。該協(xié)議描述內(nèi)容等同于OSI參考模型中第4～6層的服務(wù)內(nèi)容。協(xié)議主要關(guān)注于實(shí)時報(bào)文交互以及有保護(hù)的點(diǎn)到點(diǎn)報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)功能。由于該協(xié)議基于SLC、X.25或AX.25協(xié)議之上，因此相當(dāng)于轉(zhuǎn)換協(xié)議[1]。

1 報(bào)文交換及其應(yīng)用

雖然目前國際上領(lǐng)先的各大GDS和航空公司系統(tǒng)架構(gòu)、技術(shù)發(fā)展路線不同，但在系統(tǒng)間HTH報(bào)文交換方面，都朝著基于業(yè)務(wù)類型分組和精細(xì)化控制的方向發(fā)展，以求擁有高性能、大容量和高并發(fā)能力的同時，更靈活地支持應(yīng)用業(yè)務(wù)的發(fā)展[2]。由于優(yōu)利公司系統(tǒng)在軟、硬件方面的專有性，在現(xiàn)階段，無法直接借鑒現(xiàn)有先進(jìn)技術(shù)，只能在掌握當(dāng)前主機(jī)系統(tǒng)底層技術(shù)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，獨(dú)立研發(fā)基于優(yōu)利主機(jī)系統(tǒng)平臺的高性能電報(bào)交互控制模塊。

在當(dāng)前民航旅客運(yùn)輸業(yè)中，全球各大計(jì)算機(jī)分銷系統(tǒng)（GDS）和航空公司信息系統(tǒng)之間的電報(bào)數(shù)據(jù)交換普遍采用國際標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)通用的報(bào)文協(xié)議[3]，報(bào)文交換廣泛應(yīng)用于民航旅客信息系統(tǒng)的多個核心業(yè)務(wù)模塊。隨著中國民航業(yè)的持續(xù)高速增長，三大國際航空聯(lián)盟、電子客票等國際合作業(yè)務(wù)的全面展開，中國民航旅客信息系統(tǒng)與國外航空公司信息系統(tǒng)、各大計(jì)算機(jī)分銷系統(tǒng)之間開展了廣泛而密切的合作。在報(bào)文交互方面，目前中國民航旅客信息系統(tǒng)與上百家國外航空公司、大型分銷系統(tǒng)之間建立了雙向直連通道，連接數(shù)多達(dá)210條，與外航系統(tǒng)間各類報(bào)文交換數(shù)量也呈逐年遞增的趨勢，目前僅航空業(yè)務(wù)模塊峰值期間接收報(bào)文量已達(dá)到320份/s，瞬時峰值超過450份/s。

圖1列出過去5年來中國民航旅客信息系統(tǒng)航空業(yè)務(wù)模塊峰值期間接收報(bào)文量與民航旅客量[4]的增長情況對比?？梢?，隨著旅客量的持續(xù)增長和業(yè)務(wù)合作的深入廣泛開展，跨系統(tǒng)平臺的報(bào)文訪問量增長趨勢大大高于旅客量的增長趨勢。中國民航業(yè)務(wù)量和交易量的快速增長，系統(tǒng)間業(yè)務(wù)合作的種類、范圍和復(fù)雜度的不斷提高，都對民航旅客信息系統(tǒng)對報(bào)文的實(shí)時、并發(fā)及高效穩(wěn)定的處理能力提出了更高的要求，在針對邊界條件的高性能處理方面[5-6]，就更具挑戰(zhàn)性。

中國民航全球分銷系統(tǒng)和航空公司系統(tǒng)采用美國優(yōu)利公司大型主機(jī)解決方案，在未來5年內(nèi)，整個信息系統(tǒng)70%以上的數(shù)據(jù)、75%左右的業(yè)務(wù)邏輯實(shí)現(xiàn)以及90%的交易指令，仍然由主機(jī)系統(tǒng)承擔(dān)。同時，高速網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的機(jī)制面臨著業(yè)務(wù)彈性與處理性能兩個方面的挑戰(zhàn)[7]。因此，如何對現(xiàn)有主機(jī)系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)進(jìn)行升級改造，使其適應(yīng)新興業(yè)務(wù)模式的發(fā)展要求，并與現(xiàn)代信息技術(shù)和外圍開放子系統(tǒng)有機(jī)融合，是當(dāng)前面對的一大問題。而提升系統(tǒng)間報(bào)文交換的支持能力，是眾多技術(shù)難點(diǎn)之一。

本文介紹了一種報(bào)文成組并發(fā)控制的技術(shù)解決方案，在現(xiàn)有主機(jī)系統(tǒng)報(bào)文處理架構(gòu)的基礎(chǔ)上，根據(jù)報(bào)文會話屬性、分塊屬性、路由屬性等特征，對報(bào)文進(jìn)行應(yīng)用層分組控制，合理利用有限的系統(tǒng)資源，在滿足業(yè)務(wù)功能要求的前提下，有效提升了系統(tǒng)的訪問容量和并發(fā)處理能力。應(yīng)用新技術(shù)架構(gòu)后，綜合處理效率和服務(wù)容量都有顯著提升；同時，通過對不同業(yè)務(wù)功能的訪問隔離，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)資源的靈活配置，提升了系統(tǒng)服務(wù)水平。

2 HTH報(bào)文處理架構(gòu)

HTH報(bào)文處理過程分為系統(tǒng)層面過程和應(yīng)用層面過程[8-9]：系統(tǒng)層面過程主要關(guān)注系統(tǒng)資源分配、報(bào)文并發(fā)處理調(diào)度、系統(tǒng)間狀態(tài)同步等非業(yè)務(wù)應(yīng)用方面的工作；應(yīng)用層面過程主要關(guān)注報(bào)文能夠被迅速正確地處理，滿足各業(yè)務(wù)功能需要。服務(wù)響應(yīng)端系統(tǒng)應(yīng)用處理平臺在收到對端系統(tǒng)的請求報(bào)文后，在系統(tǒng)層面上的處理過程，決定了一個系統(tǒng)對報(bào)文處理的能力和效率[10]。

一個高效穩(wěn)定的系統(tǒng)對報(bào)文處理的能力必須具備以下幾方面的要求：

1）對大容量和高并發(fā)報(bào)文的實(shí)時響應(yīng)能力；

2）區(qū)分來自不同遠(yuǎn)端應(yīng)用服務(wù)的請求并維護(hù)會話狀態(tài)；

3）系統(tǒng)間應(yīng)用層通信狀態(tài)協(xié)調(diào)；

4）不同會話類型、應(yīng)用類型之間的會話沖突管理。

以上各項(xiàng)，可歸納為報(bào)文處理在響應(yīng)速度、并發(fā)容量、系統(tǒng)間狀態(tài)一致性、應(yīng)用穩(wěn)定性等方面的要求。這些要求相互影響制約，很難做到同時滿足。

為解決上述矛盾，滿足系統(tǒng)報(bào)文處理的實(shí)際需求，首先需要對各類報(bào)文的通信、同步方式特點(diǎn)以及系統(tǒng)響應(yīng)處理的要求進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)并建設(shè)高效可靠的報(bào)文處理架構(gòu)體系，提供多樣而有針對性的報(bào)文處理功能，從而優(yōu)化系統(tǒng)處理能力，保證報(bào)文處理的一致性、穩(wěn)定性和可靠性要求，并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)資源的合理分配和動態(tài)調(diào)整。

2.1 HTH報(bào)文屬性

HTH報(bào)文在系統(tǒng)處理層面可以根據(jù)傳輸屬性進(jìn)行分類[11]，傳輸屬性按報(bào)文傳輸過程中，不同的關(guān)注點(diǎn)分為3類，每類包含以下多種狀態(tài)：

1）會話屬性：描述報(bào)文之間的應(yīng)用層上下文關(guān)系，包含以下狀態(tài)：①會話開始（first in series）；②會話保持（middle in series）；③會話結(jié)束（last in series）；④會話終止（PEQ/WHY-CODE）；⑤無會話報(bào)文（only in series）。

2）層疊屬性：描述3方通信狀態(tài)下，報(bào)文向第3方系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)的要求，包含以下狀態(tài)：①轉(zhuǎn)發(fā)請求（PUSH）；②轉(zhuǎn)發(fā)答復(fù)（POP）；③無轉(zhuǎn)發(fā)要求（NOPE）；④基于第5層協(xié)議的轉(zhuǎn)發(fā)（layer 5 cascading）。

3）分塊屬性：應(yīng)用層報(bào)文尺寸超過系統(tǒng)通信容量時，分塊傳輸?shù)囊?，包含以下狀態(tài)：①首個分塊（F）；②中間分塊（D）；③最后分塊（E）；④無分塊（-）。

任何報(bào)文，都可描述為上述3類屬性中某種狀態(tài)的組合，圖2以1種復(fù)雜組合為例，描述HTH報(bào)文狀態(tài)組合的多樣性。由于3類屬性中的各個狀態(tài)可以以任意組合的形式出現(xiàn)，所以當(dāng)報(bào)文狀態(tài)是標(biāo)準(zhǔn)會話、又需要層疊轉(zhuǎn)發(fā)處理，同時還是大容量分塊時，報(bào)文可能是36種①不同傳輸狀態(tài)組合中的一種。

圖2 HTH報(bào)文傳輸屬性分類Fig.2 Classification of HTH messages by transmission attributes

報(bào)文屬性和狀態(tài)不同，對應(yīng)的處理要求也不同。在某些情況下系統(tǒng)只需簡單地將報(bào)文轉(zhuǎn)給應(yīng)用層繼續(xù)處理，另一些報(bào)文的處理過程中則需要保存前一份報(bào)文的狀態(tài)，更有一些報(bào)文，系統(tǒng)甚至需要保存之前收到的所有與之相關(guān)聯(lián)報(bào)文的內(nèi)容。要同時兼顧所有這些狀態(tài)組合，相應(yīng)的處理邏輯將會非常復(fù)雜和冗長，效率很低，而且，系統(tǒng)各種配置資源都不能充分利用，從而造成大量的空等待浪費(fèi)[12]。對于并發(fā)訪問量和傳輸狀態(tài)組合復(fù)雜度都極高的民航旅客信息系統(tǒng)，上述處理邏輯勢必會造成處理效率低下、系統(tǒng)配置資源浪費(fèi)和應(yīng)用一致性混亂等多方面的嚴(yán)重問題。

2.2 報(bào)文成組并發(fā)控制架構(gòu)

如果能夠根據(jù)報(bào)文傳輸屬性的不同狀態(tài)，對報(bào)文進(jìn)行分類，并針對不同屬性狀態(tài)的特點(diǎn)，優(yōu)化相應(yīng)的處理邏輯，使每類報(bào)文都有專門的邏輯進(jìn)行處理；同時，按報(bào)文3類屬性的不同要求，進(jìn)行分階段處理，實(shí)現(xiàn)報(bào)文處理的流水線作業(yè)模式，就可以提升系統(tǒng)處理效率和配置資源的利用率，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體處理效率和并發(fā)容量的大幅提升。

圖3描述了報(bào)文成組并發(fā)控制優(yōu)化邏輯的基本架構(gòu)，此架構(gòu)介于網(wǎng)絡(luò)通信接口與應(yīng)用層報(bào)文處理邏輯之間，為應(yīng)用層隱藏了網(wǎng)絡(luò)通信以及系統(tǒng)層報(bào)文控制的細(xì)節(jié)。整個架構(gòu)由傳輸類型識別調(diào)度模塊、5種獨(dú)立的報(bào)文分類處理模塊、規(guī)則設(shè)置與監(jiān)控模塊以及后臺輔助處理模塊共8部分構(gòu)成。

圖3 HTH報(bào)文成組并發(fā)控制優(yōu)化邏輯基本架構(gòu)Fig.3 Structure of optimization logic of HTH message grouping concurrency control

其中，分塊大報(bào)文拼裝模塊負(fù)責(zé)完成分塊數(shù)據(jù)暫存、順序控制、報(bào)文拼接、一致性檢查等工作；層疊模式報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)分為“無狀態(tài)保護(hù)”的直接轉(zhuǎn)發(fā)和與應(yīng)用層邏輯關(guān)聯(lián)的“有狀態(tài)保護(hù)”轉(zhuǎn)發(fā)2種模式，系統(tǒng)分別提供獨(dú)立處理模塊和專用的系統(tǒng)資源配置。會話屬性將報(bào)文分為“標(biāo)準(zhǔn)無會話報(bào)文”（SONM②）與“標(biāo)準(zhǔn)會話報(bào)文”（SMTM③）兩類，分別進(jìn)行處理。超時會話清理器負(fù)責(zé)查找并清理服務(wù)超時或意外故障情況下的無效會話，并釋放系統(tǒng)資源。

實(shí)際處理過程中，報(bào)文首先由連接類型識別調(diào)度模塊（link type control）分析；依次檢查報(bào)文分塊屬性（HEDI④）、層疊屬性（CASCADING⑤）和會話屬性（MSG series）的狀態(tài)，調(diào)用或跳過相應(yīng)的處理模塊，根據(jù)需要分配和占用系統(tǒng)資源，直至完成系統(tǒng)層面全部處理。

HTH報(bào)文按照傳輸類型雖然可以細(xì)分多種，但是實(shí)踐過程中大量出現(xiàn)的報(bào)文類型主要分為“標(biāo)準(zhǔn)無會話報(bào)文”和“標(biāo)準(zhǔn)會話報(bào)文”2類。下文將就標(biāo)準(zhǔn)無會話報(bào)文和標(biāo)準(zhǔn)會話報(bào)文兩個處理模塊在應(yīng)用成組控制優(yōu)化邏輯的實(shí)現(xiàn)原理進(jìn)行詳細(xì)介紹。

2.2.1 標(biāo)準(zhǔn)無會話報(bào)文（SONM）處理模塊

標(biāo)準(zhǔn)無會話報(bào)文的特點(diǎn)是各報(bào)文之間沒有上下文關(guān)系，接收系統(tǒng)不需要保存通信會話狀態(tài)和應(yīng)用處理狀態(tài)，在當(dāng)前系統(tǒng)報(bào)文處理架構(gòu)下，不會為標(biāo)準(zhǔn)無會話報(bào)文分配獨(dú)占的配置資源⑥，而是在資源池中臨時分配一個配置單元供其使用。

目前中國民航旅客信息系統(tǒng)的航空業(yè)務(wù)模塊收到的SONM報(bào)文量約占航空業(yè)務(wù)模塊收到全部報(bào)文量的25%，而為處理這些報(bào)文，需要獨(dú)占或共用報(bào)文處理配置資源約為系統(tǒng)全部報(bào)文處理配置的95%以上，大量的資源處于無效占用狀態(tài)[2]。

并發(fā)容量指1s內(nèi)系統(tǒng)能夠處理的請求報(bào)文量，目前單份SONM報(bào)文的系統(tǒng)平均處理時間為75 ms⑦，在操作系統(tǒng)層面，允許同時執(zhí)行70個進(jìn)程，專門用于請求報(bào)文處理，計(jì)算出的理論并發(fā)容量在當(dāng)前資源配置下的上限值約為950份/s⑧；而在不使用成組控制優(yōu)化邏輯的情況下，報(bào)文處理資源配置得不到充分利用，對單個遠(yuǎn)端應(yīng)用服務(wù)，實(shí)測SONM報(bào)文最大并發(fā)處理容量只有理論值的一半。

此外，在不使用成組控制優(yōu)化邏輯的情況下，每個獨(dú)立遠(yuǎn)端應(yīng)用服務(wù)獨(dú)占一組配置資源，為了保證系統(tǒng)在瞬間峰值壓力下的處理能力，各組配置都留有相當(dāng)多的冗余量，所以在絕大多數(shù)情況下，大量配置都處于空閑狀態(tài)；而另一方面，系統(tǒng)無法分配足夠的配置資源支持大容量標(biāo)準(zhǔn)會話報(bào)文（SMTM）的訪問，系統(tǒng)資源配置的浪費(fèi)極為嚴(yán)重。

成組控制優(yōu)化邏輯從節(jié)省系統(tǒng)資源配置和提高并發(fā)處理容量兩方面對SONM報(bào)文處理過程進(jìn)行優(yōu)化。系統(tǒng)原有邏輯在處理SONM報(bào)文時，分配了與SMTM報(bào)文處理相同的配置單元，由于SONM報(bào)文的上下文無關(guān)屬性，分配的系統(tǒng)資源既不需要獨(dú)占，又不需要記錄通信狀態(tài)。所以實(shí)際上，原有SONM報(bào)文處理過程，只是執(zhí)行了分配、保持和回收系統(tǒng)資源的操作，而沒有實(shí)際使用這些資源。

因此，系統(tǒng)收到SONM報(bào)文后，可以隨機(jī)分配一個虛擬配置⑨進(jìn)行處理。成組并發(fā)控制優(yōu)化邏輯中的“無會話報(bào)文共享PID池”模塊，定義了一組虛擬配置，SONM報(bào)文處理邏輯能夠象訪問真實(shí)資源一樣訪問各組虛擬配置單元，完成SONM報(bào)文處理。這些虛擬配置構(gòu)成系統(tǒng)的“公用虛擬配置資源池”，處理來自不同系統(tǒng)的所有SONM報(bào)文。由于多個訪問系統(tǒng)共享配置冗余度，而且實(shí)際上多個系統(tǒng)之間存在著訪問量自然錯峰的特點(diǎn)，使用成組控制優(yōu)化邏輯后，以當(dāng)前SONM報(bào)文平均訪問量（35次/s10）計(jì)算，整個民航信息系統(tǒng)的航空業(yè)務(wù)模塊只需要35個虛擬配置就可以滿足要求，且理論配置冗余度仍然高達(dá)90%?以上。

由于系統(tǒng)不需要為SONM報(bào)文保存會話狀態(tài)和應(yīng)用狀態(tài)，因此可以采用虛擬公用配置池模式處理SONM報(bào)文，不再靜態(tài)占用物理配置資源。這種模式下，系統(tǒng)對SONM報(bào)文的并發(fā)處理容量也可以接近系統(tǒng)處理能力的理論上限值。

此外，出于應(yīng)用多樣性、系統(tǒng)安全和負(fù)載平衡等方面的考慮，需要對虛擬配置模式加以控制。在虛擬公用資源池的基礎(chǔ)上，增加了根據(jù)報(bào)文應(yīng)用類型或報(bào)文來源系統(tǒng)的不同，對SONM報(bào)文進(jìn)行分離處理的功能，并引入文件鎖?來控制各組的并發(fā)處理的上限值。這樣，各組報(bào)文處理過程可根據(jù)實(shí)際需要使用預(yù)先定制的虛擬配置，每組報(bào)文占用的系統(tǒng)資源以及全部SONM報(bào)文處理的總系統(tǒng)開銷都將處于控制之下。

2.2.2 標(biāo)準(zhǔn)會話報(bào)文（SMTM）處理模塊

標(biāo)準(zhǔn)會話報(bào)文的特點(diǎn)是一組報(bào)文之間存在著上下文關(guān)系，系統(tǒng)需要為這些報(bào)文保存通信會話狀態(tài)和應(yīng)用處理狀態(tài)，因此一組具有關(guān)聯(lián)關(guān)系的SMTM報(bào)文，必須在同一個連接配置上進(jìn)行處理。這對會話狀態(tài)管理和系統(tǒng)間同步的要求更嚴(yán)格。SMTM報(bào)文占民航信息系統(tǒng)的航空業(yè)務(wù)模塊接收報(bào)文中的很大部分，相應(yīng)的系統(tǒng)配置資源和系統(tǒng)開銷在所有報(bào)文中也占較高比例。

為了滿足SMTM報(bào)文的大容量、高并發(fā)特性以及實(shí)時性要求，標(biāo)準(zhǔn)會話報(bào)文處理模塊采用資源多級分組方式，為每個需要建立新會話的報(bào)文調(diào)配所需要的系統(tǒng)資源。

第1級資源分組是根據(jù)請求報(bào)文的源地址進(jìn)行的自然分組。由于SMTM報(bào)文的上下文關(guān)聯(lián)屬性，系統(tǒng)需要為每個報(bào)文標(biāo)識（TPR）?分配獨(dú)占資源，基于報(bào)文來源分組后，可以防止來自不同系統(tǒng)并具有相同標(biāo)識的報(bào)文引發(fā)的沖突問題，系統(tǒng)為每組分配一定數(shù)量的配置資源，由該組報(bào)文專用。

第2級資源分組對同一來源的報(bào)文進(jìn)行訪問負(fù)載平衡控制。首先，引入快速高效的USAS?常駐內(nèi)存數(shù)據(jù)庫記錄報(bào)文會話狀態(tài)；之后，在第1級自然分組的基礎(chǔ)上，將系統(tǒng)資源配置為多達(dá)36個RANGE?序列。在高并發(fā)訪問狀態(tài)下，系統(tǒng)將同時收到多份屬于同一自然分組的報(bào)文，系統(tǒng)為每份報(bào)文初始化一個處理進(jìn)程。這些進(jìn)程使用同步鎖依次訪問常駐系統(tǒng)內(nèi)存公共數(shù)據(jù)區(qū)，后者保存系統(tǒng)上一次為同類進(jìn)報(bào)分配的RANGE序列號，獲得內(nèi)存訪問權(quán)的進(jìn)程根據(jù)當(dāng)前RANGE序列號選擇下一個有剩余資源的RANGE序列，分配給當(dāng)前報(bào)文，并更新內(nèi)存中相應(yīng)的RANGE序列號。通過這種方式，并發(fā)進(jìn)報(bào)被平均分配到多個RANGE序列上，實(shí)現(xiàn)了負(fù)載均衡。

第3級資源分組由屬于同一RANGE下的一組配置單元（PID?）組成。被分配到同一RANGE序列下的報(bào)文，其處理進(jìn)程使用文件鎖依次訪問系統(tǒng)資源分配管理文件，獲得一個非占用系統(tǒng)資源，更新會話狀態(tài)，并在整個會話過程中獨(dú)占資源。

圖4是資源分組處理模式的示意圖，一級分組為國外GDS SABRE報(bào)文獨(dú)占；在二級分組，系統(tǒng)為來自SABRE的所有報(bào)文，分配了36個RANGE；在三級分組，每個RANGE包含55個配置單元（PID），每個配置單元1次可以處理1份SMTM報(bào)文。

圖4 多級成組處理模式示意圖（以一家國外GDS（SABRE）的配置為例）Fig.4 Multi-level message grouping processing model

系統(tǒng)通過3級分組方式為SMTM報(bào)文分配系統(tǒng)資源并建立會話，處理過程主要通過搜索和更新內(nèi)存數(shù)據(jù)記錄完成，僅涉及1次文件讀寫操作（保存會話狀態(tài)），整個過程的系統(tǒng)開銷非常低，并且會話建立后，屬于同一會話的后續(xù)報(bào)文能夠迅速和準(zhǔn)確地定位到上次分配的系統(tǒng)資源。同時，通過3級分組模式，所有并發(fā)進(jìn)報(bào)的負(fù)載被均衡分布到各配置單元上，使系統(tǒng)資源得到了充分利用，從而滿足整個系統(tǒng)處理大容量、高并發(fā)報(bào)文的要求。

2.2.3 依應(yīng)用類型分組模式

采用多級分組模式后，在同一自然分組內(nèi)部，仍然可能出現(xiàn)局部并發(fā)壓力過高和一致性沖突的問題。這是因?yàn)橥环?wù)發(fā)起端系統(tǒng)通常要向服務(wù)響應(yīng)端系統(tǒng)發(fā)送多種應(yīng)用類型的SMTM報(bào)文，在系統(tǒng)總體配置資源量的限制下，這些屬于不同應(yīng)用類型的報(bào)文只能被分配到同一自然分組內(nèi)。而二級分組忽略報(bào)文類型的差異，對所有接收到的報(bào)文平均分配資源。存在這種可能，即當(dāng)某個應(yīng)用的訪問量出現(xiàn)瞬間高峰，或者因一致性問題導(dǎo)致大量配置資源被較長時間占用時，所有屬于同一自然分組的應(yīng)用都將受到影響。此外，也應(yīng)該考慮到，多個應(yīng)用類型的報(bào)文共用同一組PID資源，在應(yīng)用系統(tǒng)層面也容易出現(xiàn)一致性沖突。例如，實(shí)際應(yīng)用上存在這種情況：在一個會話中，具有相同標(biāo)識的一組報(bào)文可能屬于不同的應(yīng)用，系統(tǒng)為這些報(bào)文分配同一個PID資源，由于這些報(bào)文在應(yīng)用層的服務(wù)超時時間（time-out）不同，在達(dá)到較短超時時間值后，整個會話就被終止，造成設(shè)置為較長超時時間的應(yīng)用，出現(xiàn)系統(tǒng)間同步問題。

為解決這些問題，在三級分組均衡負(fù)載的基礎(chǔ)上，提出了應(yīng)用分組概念。應(yīng)用分組就是給二級分組的各RANGE賦予應(yīng)用屬性，在完成一級分組后，報(bào)文按應(yīng)用類型被限制到指定的二級分組區(qū)域內(nèi)（部分RANGE內(nèi)），各應(yīng)用使用的配置資源相互隔離。這樣，在不同應(yīng)用之間調(diào)配系統(tǒng)資源就成為可能，進(jìn)一步，通過實(shí)時監(jiān)控各應(yīng)用訪問壓力，以及在不同時間周期上各應(yīng)用訪問量變化規(guī)律的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)根據(jù)報(bào)文處理需要，在不同應(yīng)用之間動態(tài)調(diào)整配置資源，在提升應(yīng)用一致性的同時，優(yōu)化了系統(tǒng)資源配置。

圖5是應(yīng)用分組處理模式的示意，36個RANGE根據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用特點(diǎn)和訪問量的不同，分為邏輯上相互隔離的3組，分別用于Booking請求報(bào)文、TKT請求報(bào)文和其他請求報(bào)文的處理。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為驗(yàn)證報(bào)文分組并發(fā)控制架構(gòu)的實(shí)際應(yīng)用效果，采用開放端模擬大量請求報(bào)文方式，進(jìn)行對比測試。

系統(tǒng)原來分配了大量物理PID，用于SONM報(bào)文的處理，在當(dāng)前的訪問量下，資源冗余度只有20%；在引入了成組控制優(yōu)化邏輯后，只需35個由全系統(tǒng)共享的虛擬PID替代原有真實(shí)處理PID，在相同報(bào)文訪問量下，仍然能夠保持90%以上的冗余度。另一方面，系統(tǒng)訪問虛擬PID的效率要明顯高于真實(shí)PID，SONM報(bào)文的處理時間會變短，因此，新方案所需系統(tǒng)配置資源大大降低，而報(bào)文的實(shí)際最大并發(fā)處理容量可以接近理論上限。

圖6列出了使用成組控制邏輯前后系統(tǒng)配置資源和報(bào)文最大并發(fā)處理容量的比較，為滿足現(xiàn)有SONM報(bào)文并發(fā)處理容量要求，新方案只需要35個虛擬PID資源，相當(dāng)于原有配置的1/16。

對于SONM報(bào)文的處理，報(bào)文發(fā)生器模擬每秒500份只讀查詢請求報(bào)文。實(shí)測效果如圖7所示，圖7中橫軸表示壓力測試持續(xù)時間，單位為秒，縱軸表示等待處理的請求報(bào)文個數(shù)。在原有處理邏輯下，隨著時間增長，系統(tǒng)出現(xiàn)大量請求報(bào)文排隊(duì)等待現(xiàn)象（圖7中A1線），表明當(dāng)前測試報(bào)文訪問壓力已超出系統(tǒng)承受能力；而采用并發(fā)控制架構(gòu)后，報(bào)文請求隊(duì)列緩慢增長，系統(tǒng)仍然能夠正常處理請求，可以平穩(wěn)渡過訪問高峰期（圖7中A2線）。

對于SMTM報(bào)文的處理，報(bào)文發(fā)生器模擬每秒200份只讀查詢請求報(bào)文，同時，模擬每秒50份數(shù)據(jù)更新請求報(bào)文。實(shí)測效果如圖8所示，圖8中橫軸表示壓力測試持續(xù)時間，單位為秒，縱軸表示SMTM請求報(bào)文被拒絕的百分比。

在原有處理邏輯下（圖7中A1線），由于只讀請求報(bào)文量較多，占用了大量配置資源，導(dǎo)致大量數(shù)據(jù)更新請求因資源限制問題被拒（向請求方系統(tǒng)回復(fù)錯誤代碼3M）；通常基于超時機(jī)制來判斷進(jìn)程是否失敗[13]。而采用并發(fā)控制架構(gòu)后，使用應(yīng)用分組模式設(shè)置只讀請求和數(shù)據(jù)更新請求的資源分配比例，系統(tǒng)可以正常處理大部分?jǐn)?shù)據(jù)更新請求。從實(shí)測效果來看，報(bào)文分組并發(fā)控制架構(gòu)使用較少的配置資源（原配置數(shù)量的1/16）就可以輕松滿足系統(tǒng)SONM報(bào)文處理的需要；對于SMTM報(bào)文的處理，報(bào)文分組并發(fā)控制架構(gòu)可以靈活設(shè)置系統(tǒng)資源的分配，確保關(guān)鍵業(yè)務(wù)應(yīng)用順利進(jìn)行。

綜合上述實(shí)測數(shù)據(jù)，在現(xiàn)有業(yè)務(wù)量和交易量條件下，實(shí)際應(yīng)用報(bào)文成組并發(fā)控制邏輯后，節(jié)約的系統(tǒng)配置資源和CPU處理資源?，其直接經(jīng)濟(jì)效益約合人民幣450萬元/年，同時系統(tǒng)資源能夠更多地分配給關(guān)鍵業(yè)務(wù)應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)了整體服務(wù)能力的提升。

4 結(jié)語

隨著中國民航旅客運(yùn)輸量的快速增長，中國各大航空公司越來越多地參與到國際合作與競爭之中，新興業(yè)務(wù)模式的出現(xiàn)以及IT技術(shù)的發(fā)展，都對旅客信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換能力提出了越來越高的要求。HTH報(bào)文成組并發(fā)控制方面的技術(shù)探討和研究，在滿足歷史和環(huán)境限制的前提下，提出了大容量、高并發(fā)的實(shí)時交易系統(tǒng)報(bào)文處理在性能和信息一致性方面的解決方案，根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)，HTH報(bào)文成組并發(fā)控制邏輯能夠大幅提升系統(tǒng)報(bào)文并發(fā)處理能力，提高了系統(tǒng)對應(yīng)用業(yè)務(wù)訪問控制的靈活性，這一方案對新一代系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)的設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。

注釋：

① 36為4種會話狀態(tài)×3種路由狀態(tài)×3種報(bào)文分塊狀態(tài)的組合。

② SONM：標(biāo)準(zhǔn)無會話報(bào)文，Standard only in series message。

③ SMNM：標(biāo)準(zhǔn)會話報(bào)文，Standard multiple in series message。

④ HEDI：指報(bào)文長度超過4 k字符的HTH報(bào)文。

⑤ CASCADING：層疊模式，三方通信狀態(tài)下報(bào)文路由及會話控制功能。

⑥ 系統(tǒng)配置資源指服務(wù)器端報(bào)文處理所需的PID、同步鎖、文件緩存等，各類系統(tǒng)資源之間存在固定配置比例關(guān)系，本文中簡單地使用PID數(shù)量表示系統(tǒng)配置資源。

⑦ 業(yè)界的平均處理時間為250～300 ms。

⑧ 2010年中國民航旅客服務(wù)系統(tǒng)航空業(yè)務(wù)模塊的瞬時峰值報(bào)文量為420 份/s。

⑨ 虛擬配置：為保證報(bào)文處理順利進(jìn)行而增加的部分程序邏輯，不占用真實(shí)系統(tǒng)配置資源。

⑩ 按照航空業(yè)務(wù)模塊報(bào)文平均訪問量140次/s來算，SONM報(bào)文占25%，即為35次/s。

? 對每個虛擬PID，按75 ms處理1份報(bào)，每PID每秒可處理13.33份報(bào)，當(dāng)前只收到1份報(bào)，所以冗余度約為92%。

? 文件鎖：多進(jìn)程同步控制機(jī)制，同一時刻最多只能有1個進(jìn)程占用文件。

? TPR：transaction process reference，用于記錄發(fā)起報(bào)文的終端信息。

? USAS：unisys standard airline system，UNISYS公司的航空旅客服務(wù)大型聯(lián)機(jī)事務(wù)處理系統(tǒng)。

? RANGE：系統(tǒng)配置資源的分組概念，每個RANGE包含一定數(shù)量的系統(tǒng)配置。

? PID：physical device identifier，系統(tǒng)配置資源的標(biāo)識。

? 根據(jù)系統(tǒng)提供商的計(jì)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行估算，每單位CPU資源的年使用費(fèi)用約合1.3萬元人民幣。

[1]IATA.IATA Systems Communications Reference:PART IV－Open Systems Migration Roadmap for Communications[G].Version 1.5.Montreal：IATA，1998.

[2]ZHAO YIFEI，ZHANG DE，YUE RENTIAN，et al.Analysis and Specification for Civil Aviation Information System[C]//icccs.2009 International Conference on Computer and Communications Security.Hong Kong：IEEE.2009:72－75.

[3]IATA.Reservations Interline Message Procedures Passenger（AIRIMP）[G].33rd ed.Montreal－Geneva:IATA，2009.

[4]中國航信運(yùn)行中心.運(yùn)行中心性能分析平臺[EB/OL].（2011－03－22）.http：//172.17.23.163/1.asp?pagename=HVSTAT.

[5]DIRCEU CAVENDISH，KAZUMI KUMAZOE，MASATO TSURU，et al.An Adaptive TCP Slow Start for High Speed Networks[C]//Proceedings of First International Conference on Erolving Internet.Cannes：PFLDnet，2009（8）：15－20.

[6]SATHISH GOPALAKRISHNAN，MARCO CACCAMO，LUI SHA.Switch Scheduling and Network Design for Real－Time Systems[C]//12th IEEE Real－Time and Embedded Technology and Applications Symposium（RTAS′06），2006：289－300.

[7]張建宇，周 淵，鄒 維.PaSeM：并行無沖突的網(wǎng)絡(luò)流量會話管理[J].計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)，2010，33（7）：1195－1212.

[8]UNISYS CORPORATION.USAS Systems Control（USAS SYS）Operations Reference Manual[G].Blue Bell:Unisys Corporation，2008.

[9]UNISYS CORPORATION.USAS Systems Control（USAS SYS）Programming Reference Manual[G].Blue Bell:Unisys Corporation，2008.

[10]UNISYS CORPORATION.Communications Application Program Interface（COMAPI）User′s Guide[G].Blue Bell:Unisys Corporation，2010.

[11]UNISYS CORPORATION.USAS Message Switching（USAS MSG）Operations Reference Manual[G].Blue Bell:Unisys Corporation，2007.

[12]牟 喬.準(zhǔn)確高效的應(yīng)用層協(xié)議分析識別方法[J].計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，2010（8）：39－45.

[13]XIAO GUANG DING，ZHIMIN GU，LEI SHI，et al，A Failure Detection Model Based on Message Delay Prediction[C]//2009 8th International Conference on Grid and Cooperative Computing，2009：24－30.