陳雯雯，周 杰

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高性能網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)器框架的設(shè)計(jì)

陳雯雯，周 杰

（南京信息工程大學(xué)電子與信息工程學(xué)院，江蘇南京 210044）

本文分析了高性能網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)器框架的功能需求，討論了其設(shè)計(jì)目標(biāo)，闡述了系統(tǒng)總體架構(gòu)，給出了人工影響天氣作業(yè)中實(shí)時(shí)智能指揮系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)器的系統(tǒng)實(shí)例。實(shí)踐表明，本文給出的高性能網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)器框架的設(shè)計(jì)思想有良好的應(yīng)用意義。

網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)器；功能需求；設(shè)計(jì)目標(biāo)；系統(tǒng)架構(gòu)；高性能

0 引言

現(xiàn)在，大部分網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)器基本是創(chuàng)建在某個特別制定的需求分析上，這樣的開發(fā)方法會把詳細(xì)的業(yè)務(wù)性能和最基本的關(guān)鍵性能緊緊地結(jié)合起來，適用性、延伸性和移植性都很弱，同時(shí)底層的基本關(guān)鍵性能多次創(chuàng)建會使開發(fā)時(shí)間延長，容易出現(xiàn)錯誤，利用資本高。

性能好較強(qiáng)系統(tǒng)開發(fā)可以達(dá)到高內(nèi)聚低耦合，系統(tǒng)的單元之間的相互依賴性減弱，進(jìn)而提高系統(tǒng)構(gòu)架的可延伸性能與植入性能。

本文使用近年來開發(fā)的應(yīng)用服務(wù)器框架技術(shù)，給出高性能網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)器框架的設(shè)計(jì)思想，增強(qiáng)適用軟件服務(wù)器模塊的重用性與延伸性，從體系中把服務(wù)器的基本關(guān)鍵性能和管控邏輯分離出來，避免開發(fā)者多次開發(fā)。

1 功能需求

網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)器又能叫做接入服務(wù)器，是一種能在很大范圍內(nèi)進(jìn)行請求的連接應(yīng)用，可以讓客戶端使用互聯(lián)網(wǎng)傳輸它的連接請求。它具有2個方面的作用：一個是對從用戶那邊傳過來的接入申請進(jìn)行操作；另一個是對用戶所需要的服務(wù)申請進(jìn)行操作。然后分離出這一種應(yīng)用使用中的網(wǎng)絡(luò)傳送操作單元和一些服務(wù)申請，就形成了大多數(shù)情況都能應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)器模形。經(jīng)過對公共的連接口進(jìn)行設(shè)置，就可以提供各種處理數(shù)據(jù)方法的許多種類的服務(wù)，來進(jìn)一步達(dá)到系統(tǒng)的可延伸性。

本文把這種模形作為基本原理，構(gòu)想出了另一種網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)器框架，它的功能是對使用互聯(lián)網(wǎng)傳輸服務(wù)申請的應(yīng)用進(jìn)行操作，使它的基本關(guān)鍵性能實(shí)現(xiàn)，讓開發(fā)者可以運(yùn)用一種很快的操作方式。服務(wù)器程序創(chuàng)建者僅要承接和事例化架構(gòu)中的組成部件，就能完成底部傳輸功能，然后開發(fā)者就能把大部分時(shí)間放在處理數(shù)據(jù)邏輯上的創(chuàng)建，就可以在較短時(shí)間內(nèi)創(chuàng)建出一個網(wǎng)絡(luò)連接服務(wù)器。為具備上述條件，網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)器框架要具有下面的三個關(guān)鍵部分：網(wǎng)絡(luò)通信，消息處理，服務(wù)管理。

網(wǎng)絡(luò)通信部分需要包括下面幾個性能：

1）可以高效率管理控制客戶端的接入請求，接收無誤的接入請求傳送接入事件通知，同時(shí)拒絕錯誤的接入請求；

2）管理客戶端對應(yīng)的上下文信息以及所有的客戶端狀態(tài)；

3）能主動關(guān)閉相應(yīng)或者所有的客戶端；

4）向指定的某一或者所有的客戶端發(fā)送消息；

5）實(shí)時(shí)對客戶端的狀態(tài)進(jìn)行測試，把掉線或者已經(jīng)接入很長時(shí)間但沒有傳送請求服務(wù)的客戶端關(guān)閉，把這個業(yè)務(wù)消息傳到外面同時(shí)登記；

6）對非局部信息進(jìn)行管理控制和計(jì)數(shù)，比如接進(jìn)來的有多少、接受數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)和傳輸數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)、用戶接入信息等，在信息狀態(tài)有變化時(shí)就對這個事件進(jìn)行響應(yīng)，同時(shí)發(fā)出通知；

消息處理部分應(yīng)包括以下功能：

1）可以挑選的消息協(xié)議機(jī)制，專門面對不一樣的要求制定許多消息協(xié)議，盡可能地符合框架的延伸性；

2）具有數(shù)據(jù)包完整性檢查功能；

3）多個路徑的消息分離機(jī)制，依照不一樣的消息請求類形和不一樣的消息內(nèi)容樣式來分離消息，然后把消息發(fā)送到對應(yīng)的加工模塊和加工隊(duì)列里面，同時(shí)調(diào)取有關(guān)的邏輯需求處理。

服務(wù)管理部分應(yīng)包括以下功能：

1）給與相同的服務(wù)連接路徑，依照各種程序給與相同的服務(wù)連接路徑，使程序創(chuàng)建更容易；

2）把服務(wù)分散開并且對它進(jìn)行設(shè)置，非靜態(tài)地設(shè)置服務(wù)。結(jié)合信息協(xié)議的分析結(jié)論，創(chuàng)立有關(guān)的服務(wù)目標(biāo)實(shí)際案例，對服務(wù)申請進(jìn)行操作。

2 設(shè)計(jì)目標(biāo)

開發(fā)者經(jīng)過調(diào)取和承接本框架的結(jié)構(gòu)組件和架構(gòu)真實(shí)案例，可以方便地對網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)用服務(wù)器單元繼續(xù)進(jìn)行創(chuàng)建，這樣就能很快地創(chuàng)建出性能較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)信息傳輸程序。因此性能較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)連接服務(wù)器框架的創(chuàng)立目標(biāo)必須包括下面幾部分：

1）功能結(jié)構(gòu)模塊化

可多次使用性是框架十分重要的性能，因此要把框架構(gòu)思成許多相互聯(lián)系的模塊，把接口設(shè)置成一致，這樣可以讓框架很方便地被延伸，減小與應(yīng)用層之間的藕合性，確?？蚣芫邆涓邇?nèi)聚低藕合的特征。

2）能有效應(yīng)對海量并發(fā)請求

如今互聯(lián)網(wǎng)速度發(fā)展很快，服務(wù)器相對的客戶端的個數(shù)是在不斷增加的。所以在對許多用戶一起傳送的申請進(jìn)行操作時(shí)，服務(wù)器的伸展收縮性一定要強(qiáng)。

3）能有效的管理客戶端

網(wǎng)絡(luò)通信軟件的服務(wù)一般都是連接距離遠(yuǎn)使用時(shí)間少。在保持眾多的用戶接入時(shí)，一定要達(dá)到可以很快地追蹤登記和管理控制用戶狀況的體制，用它對客戶端狀態(tài)的改變進(jìn)行檢測，同時(shí)對這種檢測進(jìn)行事件響應(yīng)并調(diào)取有關(guān)的操作。并且，運(yùn)用心跳包體制可以檢查出用戶非人為因素?cái)嗑€和在線意圖不軌等操作，可以方便管理控制連接的信息。

4）靈活的消息協(xié)議

通信框架要對各種各樣的網(wǎng)絡(luò)通信程序的要求進(jìn)行操作，這會讓通信框架能達(dá)到對各種各樣的信息協(xié)議進(jìn)行操作。能夠在信息傳輸單元中完成對字節(jié)流、XML流和JSON流都進(jìn)行操作。讓用戶定制更加簡便。

5）有效的數(shù)據(jù)包

因?yàn)門CP協(xié)議僅僅可以確保接收的是有順序和無誤的數(shù)據(jù)，并不可以確保一次傳輸?shù)氖菦]有丟失數(shù)據(jù)包也不會確保一次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包的數(shù)量。這種現(xiàn)象就是很多人都了解的黏包和半包。想要創(chuàng)建一個性能強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信框架就必須要對傳送的數(shù)據(jù)包的排列次序重新整合，務(wù)必使傳輸給業(yè)務(wù)邏輯層的數(shù)據(jù)包是沒有缺失的。

6）消息事件多路分離機(jī)制

消息處理層會運(yùn)用信息協(xié)議把數(shù)據(jù)包進(jìn)行重新組合，分析成沒有缺損的信息，然后把各種類形的消息存儲各種類形的信息序列里，同時(shí)調(diào)取有關(guān)的服務(wù)請求單元來操作。

7）靈活性

相同的創(chuàng)建連接路徑和可以延伸的網(wǎng)絡(luò)傳輸框架都要使框架和應(yīng)用程序的處理數(shù)據(jù)的邏輯分散開，這樣會讓開發(fā)者把更多的精力放在業(yè)務(wù)邏輯開發(fā)上，避免在基本性能上的多次開發(fā)。這樣會使應(yīng)用程序不容易受到框架改變的影響，更有助于延伸框架和應(yīng)用程序。

8）穩(wěn)定性

穩(wěn)定性對所有服務(wù)器來講都是非常關(guān)鍵的。它可以判定出一個服務(wù)器性能的好壞。網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)器框架必須要具有底層通信性能，要想使創(chuàng)建在框架上面開發(fā)的服務(wù)器具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，必須要使它的框架穩(wěn)定。因此一個較好的網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)器框架一定要有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。

3 系統(tǒng)總體架構(gòu)

根據(jù)上面介紹的框架設(shè)計(jì)原理，同時(shí)依據(jù)軟件工程設(shè)計(jì)中的高內(nèi)聚、低耦合原則，本文提出了圖1所示的高性能網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)器框架的系統(tǒng)架構(gòu)。主要包括3個重要功能模塊：底層網(wǎng)絡(luò)通信模塊、消息處理模塊和服務(wù)管理模塊。

圖1 高性能網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)器框架的體系結(jié)構(gòu)

3.1 網(wǎng)絡(luò)通信模塊

面對眾多用戶的接入申請，接受數(shù)據(jù)包、加工數(shù)據(jù)包、把數(shù)據(jù)包傳輸給信息處理單元、傳輸應(yīng)用邏輯層加工之后的數(shù)據(jù)包進(jìn)行操作。包括：

套接字監(jiān)聽：套接字監(jiān)聽的作用是把服務(wù)器端監(jiān)測到用戶接入申請的Socket破壞掉，依照事先設(shè)定好的制度對用戶的連接申請進(jìn)行操作。

對象池：把一段時(shí)間內(nèi)不工作的接入目標(biāo)調(diào)取出來，然后進(jìn)行處理。這樣多次使用不工作的目標(biāo)就能降低資源浪費(fèi)，同時(shí)可以更方便迅速地實(shí)現(xiàn)創(chuàng)建和銷毀工作。

線程池：線程池的作用是來存儲I/O工作線程經(jīng)過對許多工作多次使用線程，創(chuàng)建線程所需的工作量可以讓許多業(yè)務(wù)同時(shí)進(jìn)行。當(dāng)有申請的時(shí)候線程己存在，這樣會促進(jìn)體系的響應(yīng)效率。

I/O工作線程：其主要工作是對I/O請求的種類的區(qū)分然后調(diào)取有關(guān)目標(biāo)來操作。

3.2 消息處理模塊

該模塊依據(jù)信息協(xié)儀對數(shù)據(jù)流進(jìn)行操作，把它存儲在信息序列里，接著依據(jù)信息的種類調(diào)取有關(guān)的服務(wù)事例或者單元來操作。消息處理模塊的特性有以下幾部分：

消息協(xié)議：消息協(xié)議是一種通信機(jī)制，主要用在用戶與服務(wù)器、用戶跟與用戶之間。它是把許多種類的分析方式整合起來，并且給與相同的協(xié)議分析原理。開發(fā)者僅用使用繼承消息協(xié)議類同時(shí)改變它里面的方法，就能達(dá)到使數(shù)據(jù)包流和應(yīng)用邏輯層的數(shù)據(jù)可以互相轉(zhuǎn)換。

消息隊(duì)列：消息隊(duì)列的作用是來存儲網(wǎng)絡(luò)通信模塊中接受到的消息，并且調(diào)取I/O工作線程依照先進(jìn)先出的規(guī)則來對消息進(jìn)行處理，然后把處理完的信息分發(fā)到服務(wù)管理模塊。它的作用主要是在服務(wù)管理模塊和網(wǎng)絡(luò)通信模塊中進(jìn)行緩沖。

3.3 服務(wù)管理模塊

用于把全部操作和服務(wù)特性集合起來進(jìn)行控制。服務(wù)管理給與了相同的接入路徑，同時(shí)能夠非靜態(tài)地設(shè)置服務(wù)和操作信息。功能主要有：

配置管理：把全部的服務(wù)和處理功能集中起來進(jìn)行管理和配置，主要工作有初始化、恢復(fù)和終止等，同時(shí)能夠使用服務(wù)列表來查詢服務(wù)。

服務(wù)工廠：依照消息處理模塊處理分析得到的結(jié)論，調(diào)取有關(guān)的服務(wù)案例來進(jìn)行處理，同時(shí)把處理成果傳回到消息處理模塊。

服務(wù)接口：網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)器框架給開發(fā)者提供一致的服務(wù)連接口，全部的服務(wù)功能都是經(jīng)過這個接口完成的，使開發(fā)應(yīng)用更加簡便，對達(dá)到服務(wù)的非靜態(tài)動態(tài)加載功能有促進(jìn)作用。

3.4 示例

圖2是人工影響天氣實(shí)時(shí)智能指揮系統(tǒng)，由三部分組成：PC指揮機(jī)、作業(yè)點(diǎn)客戶端（手機(jī)）以及網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)器。衛(wèi)星云圖在屏幕上顯示，決策人員通過分析得出最新數(shù)據(jù)資料，然后利用得到的關(guān)于作業(yè)點(diǎn)區(qū)域和雷達(dá)的數(shù)據(jù)選擇適合的工作區(qū)域，指揮PC指揮機(jī)自動的生成相關(guān)的數(shù)據(jù)包指令。如果省向當(dāng)?shù)乜哲姷目沼蛏暾埖玫脚鷾?zhǔn)，則PC機(jī)可以發(fā)送指令通過在網(wǎng)絡(luò)上接入服務(wù)器。智能手機(jī)上安裝客戶端程序，利用WIFI網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器進(jìn)行連接，獲取和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，最后把結(jié)果顯示在手機(jī)屏幕上。操作人員根據(jù)得到的指令參數(shù)現(xiàn)場進(jìn)行作業(yè)，并利用數(shù)據(jù)包，視頻和圖片形式把現(xiàn)場的實(shí)際情況接入到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器中，最后反饋給PC指揮機(jī)。

圖2 系統(tǒng)整體部署

網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)器起著連接客戶端和指揮機(jī)的作用。它負(fù)責(zé)客戶端與指揮機(jī)的網(wǎng)絡(luò)接入、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、負(fù)責(zé)保持和維護(hù)指揮機(jī)與客戶端的視頻連接通道，利用多種方式保證網(wǎng)絡(luò)連接的實(shí)用性和可靠性。在整個人影實(shí)時(shí)智能指揮系統(tǒng)中起到了非常重要的作用。

4 結(jié)束語

現(xiàn)在，大部分網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)器基本是創(chuàng)建在某個特別制定的需求分析上，這樣的開發(fā)方法會把詳細(xì)的業(yè)務(wù)性能和最基本的關(guān)鍵性能緊緊地結(jié)合起來，適用性、延伸性和移植性都很弱，同時(shí)底層的基本關(guān)鍵性能多次創(chuàng)建會使開發(fā)時(shí)間延長，容易出現(xiàn)錯誤，利用資本高。

本文分析了高性能網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)器框架的功能需求，討論了其設(shè)計(jì)目標(biāo)，闡述了系統(tǒng)總體架構(gòu)，給出了人工影響天氣作業(yè)中實(shí)時(shí)智能指揮系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)器的系統(tǒng)實(shí)例。實(shí)踐表明，本文給出的高性能網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)器框架的設(shè)計(jì)思想有良好的應(yīng)用意義。

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Design of High Performance Network Access Server Framework

CHEN Wen-wen, ZHOU Jie

(College of Electronics and Information Engineering, Naning University of Information, Science and Technology, Nanjing 210044)

This paper analyzes the functional requirements of the high-performance network access server framework, discusses its design goals, expatiates the overall architecture of the system, and gives a system example of real-time intelligent command system using network access server in weather modification operations. The practice shows that the design idea of the high-performance network access server frame given in this paper has good application significance.

Network access server; Functional requirements; Design goals; System architecture; High performance

TP393.02

A

10.3969/j.issn.1003-6970.2017.04.022

本文著錄格式：陳雯雯，周杰. 高性能網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)器框架的設(shè)計(jì)[J]. 軟件，2017，38（4）：117-120