史志敏 溫潔 李砥擎

（中國(guó)空間技術(shù)研究院，北京 100094）

1 引言

國(guó)外宇航企業(yè)在航天器自動(dòng)化測(cè)試領(lǐng)域起步早，技術(shù)基礎(chǔ)雄厚，經(jīng)驗(yàn)豐富，已自成體系，并具有相當(dāng)?shù)囊?guī)模。自動(dòng)化測(cè)試已完全應(yīng)用到衛(wèi)星整星及分系統(tǒng)的測(cè)試過程中，并對(duì)衛(wèi)星研制起到了強(qiáng)有力的檢驗(yàn)和驗(yàn)證作用。我國(guó)由于起步較晚，整星自動(dòng)化測(cè)試技術(shù)還處于發(fā)展階段。經(jīng)過多年的努力，在借鑒國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，研制了以總控測(cè)試設(shè)備（OCOE）為中心的分布式體系結(jié)構(gòu)衛(wèi)星綜合測(cè)試系統(tǒng)，逐步形成了通用的衛(wèi)星綜合測(cè)試系統(tǒng)［1-3］。目前，衛(wèi)星綜合測(cè)試朝著自動(dòng)化方向發(fā)展，并在某些衛(wèi)星平臺(tái)的測(cè)試中得以應(yīng)用；通用的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)和具備推理能力的衛(wèi)星測(cè)試系統(tǒng)，已逐漸得到應(yīng)用［4-9］。

目前，衛(wèi)星綜合測(cè)試系統(tǒng)中的總控測(cè)試設(shè)備面臨的一個(gè)最重要問題，是保證系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間、穩(wěn)定可靠的運(yùn)行，特別是在長(zhǎng)達(dá)1個(gè)月的熱試驗(yàn)期間，需要總控設(shè)備一直保持運(yùn)行狀態(tài)。然而，目前總控測(cè)試設(shè)備中采用的總控主測(cè)試處理機(jī)（MTP）服務(wù)器，是基于早期的衛(wèi)星平臺(tái)設(shè)計(jì)的，存在著不完善之處，如對(duì)測(cè)試序列管理及測(cè)試操作控制臺(tái)（TCC）管理等方面存在缺陷。因此，為滿足長(zhǎng)時(shí)間衛(wèi)星綜合測(cè)試的可靠性要求，本文針對(duì)總控MTP 服務(wù)器中測(cè)試操作控制臺(tái)管理上的技術(shù)問題，提出在UNIX 操作系統(tǒng)多進(jìn)程環(huán)境中，利用守護(hù)進(jìn)程收集已終止子進(jìn)程信息，釋放這些進(jìn)程占用的系統(tǒng)資源，以解決系統(tǒng)資源有效利用問題，優(yōu)化MTP 服務(wù)器對(duì)測(cè)試操作控制臺(tái)管理上的設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)資源的利用率，從而增強(qiáng)MTP的可靠性和穩(wěn)定性，可為MTP進(jìn)程管理技術(shù)改進(jìn)提供借鑒。

2 衛(wèi)星綜合測(cè)試系統(tǒng)組成

衛(wèi)星綜合測(cè)試系統(tǒng)由總控測(cè)試設(shè)備、專用測(cè)試設(shè)備（SCOE）、遙測(cè)前端測(cè)試設(shè)備、遙控前端測(cè)試設(shè)備、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器及其他設(shè)備組成，這些設(shè)備通過局域網(wǎng)（LAN）連接起來，如圖1所示。總控測(cè)試設(shè)備是衛(wèi)星綜合測(cè)試系統(tǒng)的中心，它主要包括MTP、數(shù)據(jù)訂閱服務(wù)器（RTS）、數(shù)據(jù)監(jiān)視軟件、數(shù)據(jù)入庫服務(wù)器（DSS）和測(cè)試操作控制臺(tái)，各測(cè)試設(shè)備間通信遵循綜合測(cè)試設(shè)備間通信協(xié)議。MTP軟件是整個(gè)總控軟件系統(tǒng)的核心［3］，實(shí)現(xiàn)測(cè)試數(shù)據(jù)處理、遙控指令發(fā)送、測(cè)試數(shù)據(jù)測(cè)試過程記錄回放等功能，負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)衛(wèi)星綜合測(cè)試系統(tǒng)的監(jiān)控和管理，其他軟件在MTP的統(tǒng)一控制下協(xié)調(diào)工作，以完成測(cè)試任務(wù)，并由數(shù)據(jù)入庫服務(wù)器將測(cè)試結(jié)果存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫中。專用測(cè)試設(shè)備軟件可以通過MTP發(fā)送測(cè)試指令，并從數(shù)據(jù)訂閱服務(wù)器獲取測(cè)試結(jié)果。測(cè)試控制臺(tái)軟件是MTP軟件的客戶端，它能夠與MTP通信，為測(cè)試人員提供可視化操作界面，以對(duì)MTP軟件進(jìn)行控制，同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)MTP設(shè)置、測(cè)試設(shè)備的管理，測(cè)試指令和測(cè)試序列的發(fā)送，測(cè)試項(xiàng)目的自動(dòng)實(shí)施，測(cè)試信息的顯示等功能，實(shí)現(xiàn)整星的自動(dòng)化測(cè)試。MTP中采用專門的測(cè)試操作控制臺(tái)管理進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試操作控制臺(tái)的管理。

圖1 衛(wèi)星綜合測(cè)試系統(tǒng)Fig．1 Satellite integration test system

3 多控制臺(tái)管理技術(shù)改進(jìn)

3．1 UNIX環(huán)境下進(jìn)程控制技術(shù)

UNIX 是一個(gè)支持多用戶、多進(jìn)程的操作系統(tǒng)。在UNIX 環(huán)境中，一個(gè)現(xiàn)存的進(jìn)程通常采用fork函數(shù)來創(chuàng)建一個(gè)新進(jìn)程，該新進(jìn)程被稱為子進(jìn)程，而創(chuàng)建者進(jìn)程稱為父進(jìn)程。子進(jìn)程是父進(jìn)程的副本，并共享父進(jìn)程的正文區(qū)。當(dāng)系統(tǒng)中已經(jīng)存在了太多的進(jìn)程，或者用戶的進(jìn)程總數(shù)超出了系統(tǒng)限制時(shí)，fork將會(huì)失?。?0］。UNIX 中的進(jìn)程邏輯關(guān)系，如圖2所示。

子進(jìn)程終止后，如果父進(jìn)程尚在運(yùn)行中，需要父進(jìn)程對(duì)其進(jìn)行善后處理（獲取終止子進(jìn)程的有關(guān)信息、釋放它仍占用的資源），否則子進(jìn)程將一直作為僵死進(jìn)程存在，直至父進(jìn)程終止。如果父進(jìn)程先于子進(jìn)程終止，將由系統(tǒng)內(nèi)核接管這些子進(jìn)程，釋放終止子進(jìn)程使用的所有存儲(chǔ)器，關(guān)閉所有打開文件，并使進(jìn)程標(biāo)志符可以重新被利用。因此，如果編寫一個(gè)長(zhǎng)期運(yùn)行的程序，它調(diào)用fork函數(shù)產(chǎn)生了很多子進(jìn)程，那么，除非父進(jìn)程等待取得子進(jìn)程的終止?fàn)顟B(tài)，否則這些子進(jìn)程就會(huì)變成僵死進(jìn)程。

在UNIX 環(huán)境下開發(fā)的基于多進(jìn)程的測(cè)試控制臺(tái)管理中，由于缺乏對(duì)終止進(jìn)程的管理操作，使大量僵死進(jìn)程產(chǎn)生，當(dāng)用戶進(jìn)程總數(shù)超出系統(tǒng)限制時(shí)，MTP就無法接受新的用戶連接。

圖2 UNIX 中的進(jìn)程邏輯關(guān)系Fig．2 Process logic relationship in UNIX

3．2 多進(jìn)程測(cè)試控制臺(tái)管理技術(shù)

MTP是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，集計(jì)算機(jī)通信、實(shí)時(shí)控制，以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、分析、回放等功能于一體。其軟件是總控系統(tǒng)控制、管理的核心，基于UNIX操作系統(tǒng)開發(fā)，采用服務(wù)器／客戶機(jī)架構(gòu)。該軟件采用多進(jìn)程并行處理方式，即各種管理功能均以采用管理進(jìn)程的形式實(shí)現(xiàn)。MTP 中測(cè)試控制臺(tái)管理進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試控制臺(tái)軟件的管理和通信，包括管理與測(cè)試操作控制臺(tái)的數(shù)據(jù)鏈路，接收測(cè)試操作控制臺(tái)送來的經(jīng)過語法檢查的控制命令，將控制命令送往控制命令分析進(jìn)程，將各進(jìn)程送來的、需顯示的信息發(fā)送給測(cè)試操作控制臺(tái)。測(cè)試控制臺(tái)管理進(jìn)程可以管理多個(gè)測(cè)試操作控制臺(tái)，負(fù)責(zé)測(cè)試操作控制臺(tái)信息在網(wǎng)上的廣播，可在測(cè)試操作控制臺(tái)上進(jìn)行人機(jī)交互，可以控制或參與測(cè)試過程，可在測(cè)試操作控制臺(tái)上顯示測(cè)試狀態(tài)，監(jiān)視參數(shù)狀態(tài)變化、測(cè)試序列的執(zhí)行情況，以及控制命令、遙控指令的執(zhí)行情況、狀態(tài)變化及有關(guān)操作的信息。

MTP控制臺(tái)管理進(jìn)程在實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)測(cè)試控制臺(tái)軟件管理時(shí)，采用了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)進(jìn)程中常見的處理形式，即控制臺(tái)管理父進(jìn)程作為守護(hù)進(jìn)程，等待測(cè)試操作控制臺(tái)軟件的服務(wù)請(qǐng)求。當(dāng)測(cè)試操作控制臺(tái)服務(wù)請(qǐng)求到達(dá)時(shí)，守護(hù)進(jìn)程調(diào)用fork函數(shù)，產(chǎn)生一個(gè)服務(wù)子進(jìn)程，并由該子進(jìn)程處理服務(wù)請(qǐng)求。守護(hù)進(jìn)程則繼續(xù)等待下一個(gè)服務(wù)請(qǐng)求。

多個(gè)衛(wèi)星測(cè)試任務(wù)的驗(yàn)證表明，MTP控制臺(tái)管理進(jìn)程中采用基于守護(hù)進(jìn)程的多進(jìn)程控制臺(tái)管理技術(shù)，是對(duì)測(cè)試操作控制臺(tái)進(jìn)行成功管理的基礎(chǔ)。然而，由于MTP軟件中采用了多進(jìn)程開發(fā)的默認(rèn)形式，即沒有對(duì)僵死進(jìn)程進(jìn)行控制。這種模式的影響在短期測(cè)試任務(wù)中及對(duì)少量的測(cè)試控制臺(tái)管理中表現(xiàn)不明顯。但是，隨著測(cè)試任務(wù)長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)進(jìn)行，以及多個(gè)測(cè)試控制臺(tái)的登錄和退出，會(huì)產(chǎn)生大量僵死進(jìn)程。由于UNIX 系統(tǒng)中對(duì)進(jìn)程數(shù)進(jìn)行了限制，僵死進(jìn)程占用的大量系統(tǒng)資源無法獲得釋放，因此，這種模式會(huì)導(dǎo)致MTP無法處理新的測(cè)試控制臺(tái)連接請(qǐng)求。為解決在測(cè)試過程中MTP軟件發(fā)生僵死進(jìn)程問題，本文提出的在UNIX 環(huán)境下通過應(yīng)用進(jìn)程控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)守護(hù)進(jìn)程對(duì)服務(wù)進(jìn)程狀態(tài)的管理，能及時(shí)收集終止進(jìn)程占用的系統(tǒng)資源，避免僵死進(jìn)程出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)MTP軟件控制臺(tái)管理技術(shù)的改進(jìn)。

3．3 控制臺(tái)管理技術(shù)改進(jìn)方法

大量衛(wèi)星測(cè)試任務(wù)對(duì)MTP服務(wù)器提出了長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行的要求，本文在基于多進(jìn)程控制臺(tái)管理技術(shù)的基礎(chǔ)上，增加對(duì)已終止進(jìn)程的管理，利用進(jìn)程控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)MTP測(cè)試控制臺(tái)管理技術(shù)的改進(jìn)，具體改進(jìn)方法如圖3所示。

圖3 控制臺(tái)管理中的進(jìn)程控制Fig．3 Process control in managing test conductor console

MTP軟件控制臺(tái)管理進(jìn)程作為守護(hù)進(jìn)程，當(dāng)有新的測(cè)試操作控制臺(tái)客戶端連接請(qǐng)求到達(dá)時(shí)，守護(hù)進(jìn)程首先對(duì)連接請(qǐng)求客戶端進(jìn)行登錄驗(yàn)證，驗(yàn)證通過后進(jìn)行校時(shí)，然后再通過系統(tǒng)調(diào)用fork函數(shù)產(chǎn)生一個(gè)子進(jìn)程作為服務(wù)進(jìn)程，負(fù)責(zé)管理和測(cè)試操作控制臺(tái)客戶端的業(yè)務(wù)邏輯。而守護(hù)進(jìn)程則繼續(xù)等待下一個(gè)連接請(qǐng)求。在服務(wù)進(jìn)程中，總可以感知到測(cè)試操作控制臺(tái)客戶端的連接斷開，因此，在服務(wù)進(jìn)程中增加測(cè)試操作控制臺(tái)客戶端連接斷開后的通信異常終止處理邏輯，即當(dāng)服務(wù)進(jìn)程不能和測(cè)試操作控制臺(tái)客戶端通信時(shí)，便收集登錄測(cè)試操作控制臺(tái)客戶端用戶信息，然后終止該服務(wù)進(jìn)程。同時(shí)，在守護(hù)進(jìn)程中增加進(jìn)程控制邏輯，以實(shí)現(xiàn)對(duì)已終止子進(jìn)程狀態(tài)的收集。這樣，當(dāng)服務(wù)進(jìn)程終止后，由內(nèi)核通知父進(jìn)程進(jìn)行子進(jìn)程狀態(tài)收集，從而使僵死進(jìn)程占用的系統(tǒng)資源被釋放出來。

由于UNIX系統(tǒng)中對(duì)系統(tǒng)進(jìn)程數(shù)及用戶進(jìn)程數(shù)均進(jìn)行了限制，這里的進(jìn)程數(shù)是指可維護(hù)的進(jìn)程標(biāo)志符數(shù)，包括處于各種狀態(tài)的進(jìn)程。在用戶進(jìn)程數(shù)一定的條件下，MTP軟件同時(shí)可管理的測(cè)試操作控制臺(tái)客戶端數(shù)也將是受限制的，即MTP服務(wù)器中服務(wù)進(jìn)程數(shù)量也是固定的，因此，如果MTP中存在大量處于僵死狀態(tài)的進(jìn)程，守護(hù)進(jìn)程將不能生成新的服務(wù)進(jìn)程，即新的客戶端連接請(qǐng)求不能被MTP控制臺(tái)管理進(jìn)程處理。在衛(wèi)星綜合測(cè)試任務(wù)進(jìn)行中，特別是在長(zhǎng)期的測(cè)試過程中，測(cè)試人員不可避免地會(huì)使用各種測(cè)試操作控制臺(tái)客戶端進(jìn)行連接-斷開-再連接MTP的操作。采用上述改進(jìn)的控制臺(tái)管理技術(shù)，在一個(gè)測(cè)試操作控制臺(tái)客戶端斷開與MTP的連接后，由守護(hù)進(jìn)程及時(shí)對(duì)已終止的服務(wù)進(jìn)程進(jìn)行狀態(tài)收集，將已終止服務(wù)進(jìn)程占有的系統(tǒng)資源釋放出來，以供新的測(cè)試操作控制臺(tái)客戶端服務(wù)進(jìn)程使用，從而有效地解決了MTP控制臺(tái)管理問題。

4 結(jié)束語

本文針對(duì)MTP服務(wù)器測(cè)試操作控制臺(tái)管理中存在的僵死進(jìn)程過多，影響MTP 為綜合測(cè)試提供長(zhǎng)期穩(wěn)定服務(wù)的問題，在基于多進(jìn)程的控制臺(tái)管理技術(shù)基礎(chǔ)上，提出了利用UNIX 環(huán)境下的進(jìn)程控制技術(shù)，采用守護(hù)進(jìn)程動(dòng)態(tài)收集已終止服務(wù)進(jìn)程信息的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)僵死進(jìn)程的管理，使僵死進(jìn)程所占用的資源及時(shí)獲得釋放，以供后續(xù)的測(cè)試操作控制臺(tái)客戶端使用。該方法解決了多進(jìn)程條件下MTP服務(wù)器控制臺(tái)管理問題，提高了系統(tǒng)資源的利用率，增強(qiáng)了MTP的可靠性和穩(wěn)定性，為長(zhǎng)期的整星測(cè)試提供了技術(shù)基礎(chǔ)。在后續(xù)的MTP 優(yōu)化工作中，參考本文提出的控制臺(tái)管理改進(jìn)技術(shù)，可對(duì)MTP 測(cè)試序列管理進(jìn)程進(jìn)行改進(jìn)。

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