呂躍鵬 劉俊陽(yáng) 楊 喆

北京航天自動(dòng)控制研究所，北京100854

0 引言

運(yùn)載火箭測(cè)發(fā)控軟件的主要任務(wù)是完成火箭的測(cè)試和發(fā)射任務(wù)，它具有流程控制、數(shù)據(jù)處理、分析判讀和人機(jī)交互等功能。測(cè)發(fā)控軟件大多采用分布式并行架構(gòu)，即由業(yè)務(wù)軟件在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上分布運(yùn)行，構(gòu)成并行處理的軟件系統(tǒng)[1]。在故障發(fā)生時(shí)，這種非集中模式下軟件及其業(yè)務(wù)的遷移、恢復(fù)存在很多困難，在B/S架構(gòu)下由后臺(tái)業(yè)務(wù)群集中實(shí)現(xiàn)冗余方案，能使冗余技術(shù)的實(shí)施更加靈活、便捷。同時(shí)，隨著某些火箭測(cè)發(fā)控系統(tǒng)對(duì)測(cè)試設(shè)備產(chǎn)品化、低成本、輕量化的發(fā)展要求，計(jì)算機(jī)資源和測(cè)控設(shè)備的配置越來(lái)越少[2-3]。為了更好地實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)隔離、降低耦合、提高可靠性，需要在有限的計(jì)算機(jī)資源基礎(chǔ)上利用虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵業(yè)務(wù)和功能的冗余，更好地保障發(fā)射可靠性。虛擬化技術(shù)是通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)將計(jì)算機(jī)及物理設(shè)備軟件化，隱藏真實(shí)的計(jì)算機(jī)硬件，抽象出多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟硬件資源，這些資源相互獨(dú)立，為用戶提供隔離的操作接口和交互功能。由于虛擬化具有很好的可移植性、容錯(cuò)性，特別是其中輕量級(jí)虛擬化容器技術(shù)的應(yīng)用，能夠更加完善測(cè)發(fā)控軟件冗余技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，同時(shí)又在很大程度上保持了原有軟件的實(shí)時(shí)性。

本文提出的基于虛擬化的測(cè)發(fā)控軟件前后端業(yè)務(wù)的冗余技術(shù)，為提高虛擬化環(huán)境下測(cè)發(fā)控軟件的可靠性，提供了一條有效途徑。

1 測(cè)發(fā)控軟件業(yè)務(wù)虛擬化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

測(cè)發(fā)控軟件按業(yè)務(wù)可以劃分成控制域和交互域2個(gè)業(yè)務(wù)域，同時(shí)存在一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，每個(gè)業(yè)務(wù)域又是多個(gè)業(yè)務(wù)(功能)的集合?？刂朴虬鞒炭刂仆ㄐ艠I(yè)務(wù)容器和協(xié)議處理業(yè)務(wù)容器。交互域包括前后端交互業(yè)務(wù)容器、數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)容器。控制域是軟件系統(tǒng)的核心業(yè)務(wù)，用于解析操作請(qǐng)求并控制設(shè)備完成測(cè)試發(fā)射任務(wù)，以主從冗余方式熱備工作。交互域用于獲取、解析采集的數(shù)據(jù)，提供可視化服務(wù)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。數(shù)據(jù)庫(kù)用于記錄兩個(gè)域間包括交互數(shù)據(jù)、操作數(shù)據(jù)在內(nèi)的全部信息[4]。

測(cè)發(fā)控軟件以業(yè)務(wù)功能為單元，部署到虛擬化容器(下文簡(jiǎn)稱容器)上，多個(gè)相同業(yè)務(wù)的容器相互配合構(gòu)成虛擬化業(yè)務(wù)域，形成對(duì)業(yè)務(wù)的主備冗余。測(cè)發(fā)控軟件虛擬化平臺(tái)的組成如圖1所示。

圖1 虛擬化測(cè)發(fā)控平臺(tái)架構(gòu)圖

本文建立適合于測(cè)發(fā)控軟件的虛擬化平臺(tái)，前后端交互業(yè)務(wù)容器采用tomcat 作為業(yè)務(wù)容器基礎(chǔ)鏡像，并整合交互域中的前后端交互業(yè)務(wù)(自研的WEB服務(wù)端軟件)，打包成新鏡像，以容器的形式進(jìn)行部署?？刂朴蚝徒换ビ蛑袛?shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)容器，都是基于linux作為基礎(chǔ)鏡像，并更新網(wǎng)絡(luò)、通信、java等相關(guān)工具包和依賴庫(kù)，重新整合打包成新鏡像，以多個(gè)主備容器的方式運(yùn)行在虛擬化平臺(tái)上[5]。

前后端交互業(yè)務(wù)容器配置文件Dockerfile主要內(nèi)容如下：

# Dockerfile

FROM mywebserver:v2

ADD MyComMidDocker_war.war/usr/local/tomcat/webapps/

ADD TomcatLib/* /usr/local/tomcat/lib/

CMD ["catalina.sh", "run"]

控制域或交互域數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)容器的LINUX容器配置文件Dockerfile主要內(nèi)容如下：

#Dockerfile

FROM ubuntu:latest

……

COPY FlowControl ～/DockerImage/

WORKDIR ～/DockerImage/

CMD ["./FlowControl"]

通過(guò)上述方法對(duì)基礎(chǔ)鏡像進(jìn)行包裝，擴(kuò)充鏡像中的庫(kù)和工具的支持，從而可以通過(guò)研制的鏡像來(lái)形成測(cè)發(fā)控軟件后端業(yè)務(wù)的容器群，達(dá)到容器間相互冗余的目的[6]。

2 控制域冗余技術(shù)的研究

控制域包括了流程控制業(yè)務(wù)容器和協(xié)議處理業(yè)務(wù)容器。流程控制業(yè)務(wù)用于驅(qū)動(dòng)測(cè)試流程，通過(guò)向協(xié)議處理業(yè)務(wù)發(fā)出命令消息，實(shí)現(xiàn)控制和測(cè)試協(xié)議，并同現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行交互。

協(xié)議處理業(yè)務(wù)是依據(jù)數(shù)據(jù)幀格式協(xié)議解析流程控制業(yè)務(wù)的命令消息，并依據(jù)數(shù)據(jù)協(xié)議將命令消息轉(zhuǎn)發(fā)給箭上或者地面設(shè)備，控制設(shè)備執(zhí)行。

流程控制業(yè)務(wù)和協(xié)議處理業(yè)務(wù)部署在多個(gè)虛擬化容器中，相同業(yè)務(wù)的不同容器形成主從冗余。本文對(duì)主份施行熱備方式的業(yè)務(wù)冗余策略，對(duì)備份施行冷備方式的容器冗余策略。熱備份方式主要通過(guò)心跳和業(yè)務(wù)通信等狀態(tài)信息判斷業(yè)務(wù)的健康狀況，并實(shí)時(shí)切換主從業(yè)務(wù)。冷備份方式主要通過(guò)監(jiān)控充當(dāng)備份角色的業(yè)務(wù)載體容器本身的健康狀況，判斷故障和重新啟動(dòng)備份容器。即業(yè)務(wù)容器啟動(dòng)后管理模塊定期發(fā)送HTTP請(qǐng)求到容器，等待容器響應(yīng)；一旦等待時(shí)間超時(shí)，則將判斷容器故障，依據(jù)配置信息對(duì)問(wèn)題容器進(jìn)行重啟，以保持從容器的原有數(shù)量。下面主要對(duì)熱備方式進(jìn)行論述。

2.1 控制域的冗余技術(shù)

2.1.1 流程控制業(yè)務(wù)的冗余技術(shù)

流程控制業(yè)務(wù)容器在測(cè)試開(kāi)始時(shí)提供主、從2種狀態(tài)的選擇，其中一臺(tái)流程控制業(yè)務(wù)容器運(yùn)行主機(jī)狀態(tài)程序，其它流程控制業(yè)務(wù)容器運(yùn)行從機(jī)狀態(tài)程序。流程控制業(yè)務(wù)主機(jī)控制流程，從機(jī)容器充當(dāng)監(jiān)聽(tīng)角色，并接收主機(jī)狀態(tài)程序發(fā)來(lái)的測(cè)試狀態(tài)信息。主機(jī)狀態(tài)控制整個(gè)測(cè)試發(fā)控流程，并將當(dāng)前的工作狀態(tài)通知從機(jī)狀態(tài)程序，使運(yùn)行在2個(gè)容器上的測(cè)發(fā)控程序同步熱備運(yùn)行。當(dāng)運(yùn)行主機(jī)狀態(tài)的容器發(fā)生故障時(shí)，如“心跳”停止、通信中斷等，運(yùn)行從機(jī)狀態(tài)的流程控制業(yè)務(wù)容器可通過(guò)前端的流程控制頁(yè)面人為切換為主機(jī)狀態(tài)，接管流程控制工作，而原運(yùn)行主機(jī)狀態(tài)的流程控制業(yè)務(wù)容器，可視故障狀況人為決定是否重新初始化進(jìn)入從機(jī)狀態(tài)工作。

2.1.2 協(xié)議處理業(yè)務(wù)的冗余技術(shù)

協(xié)議處理業(yè)務(wù)容器也采用主從冗余方案，1個(gè)時(shí)刻僅有1個(gè)控制域容器能夠控制執(zhí)行設(shè)備協(xié)議處理業(yè)務(wù)，協(xié)議處理業(yè)務(wù)容器將完全自主實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的冗余策略；

1)流程控制業(yè)務(wù)容器向協(xié)議處理業(yè)務(wù)主從容器均發(fā)送指令，協(xié)議處理業(yè)務(wù)主從容器均回復(fù)確認(rèn)幀；

2)協(xié)議處理業(yè)務(wù)由當(dāng)班容器執(zhí)行動(dòng)作，執(zhí)行完成后，向流程控制業(yè)務(wù)主從容器均上報(bào)執(zhí)行結(jié)果(若收到指令時(shí)是協(xié)議處理業(yè)務(wù)主容器當(dāng)班，在執(zhí)行動(dòng)作期間發(fā)生了主從切換，則由協(xié)議處理業(yè)務(wù)從容器回復(fù)執(zhí)行結(jié)果)；

3)協(xié)議處理業(yè)務(wù)容器采集到的模擬量、狀態(tài)量等，通過(guò)組播方式向交互域中數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)容器發(fā)送；

4)協(xié)議處理業(yè)務(wù)主容器向協(xié)議處理業(yè)務(wù)從容器發(fā)送心跳信息，心跳信息中包含協(xié)議處理業(yè)務(wù)主容器狀態(tài)，協(xié)議處理業(yè)務(wù)從容器若一段時(shí)間未收到心跳信息，或者心跳信息顯示主容器狀態(tài)異常，則進(jìn)行自動(dòng)切換到最先啟動(dòng)的從容器；

5)流程控制業(yè)務(wù)容器可以通過(guò)主從切換指令強(qiáng)制切換協(xié)議處理業(yè)務(wù)容器的當(dāng)班狀態(tài)；

2.2 主要數(shù)據(jù)流和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

控制域的數(shù)據(jù)流如圖2所示，其中包括了流程控制業(yè)務(wù)容器主從間通信、協(xié)議處理業(yè)務(wù)容器主從間通信，以及兩個(gè)域之間的通信方式。

流程控制業(yè)務(wù)容器數(shù)據(jù)流圖，如圖3所示。

流程控制業(yè)務(wù)主容器在啟動(dòng)時(shí)可以選擇主從狀態(tài)，運(yùn)行處于主狀態(tài)時(shí)，通過(guò)和協(xié)議處理業(yè)務(wù)的通信，控制包括PLC、PXI、LXI、測(cè)試計(jì)算機(jī)等設(shè)備終端，執(zhí)行測(cè)試及發(fā)射控制任務(wù)。同時(shí)，流程控制業(yè)務(wù)主容器將測(cè)試項(xiàng)目、步序、數(shù)據(jù)等信息發(fā)送給控制域從容器，供從容器跟蹤當(dāng)前的測(cè)試進(jìn)程，當(dāng)發(fā)生切換時(shí)能無(wú)縫接續(xù)。

圖2 控制域冗余通信方式圖

圖3 流程控制業(yè)務(wù)容器數(shù)據(jù)流圖

協(xié)議處理業(yè)務(wù)容器主從數(shù)據(jù)流圖，如圖4所示。

協(xié)議處理業(yè)務(wù)主容器啟動(dòng)后，接收流程控制業(yè)務(wù)容器發(fā)送的設(shè)備控制命令、等待設(shè)備回令或數(shù)據(jù)并發(fā)送給流程控制業(yè)務(wù)容器，同時(shí)接收對(duì)設(shè)備的點(diǎn)采和頻采數(shù)據(jù)消息并轉(zhuǎn)發(fā)給交互域。主從容器間進(jìn)行心跳檢測(cè)，多個(gè)從容器發(fā)現(xiàn)主心跳信息異常時(shí)切換主容器，由健康的從容器接續(xù)運(yùn)行。

控制域冗余數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分3類：

1)流程控制業(yè)務(wù)主從容器間

流程控制業(yè)務(wù)主從容器間通信內(nèi)容統(tǒng)稱為測(cè)試狀態(tài)信息，主要包含了命令、回令響應(yīng)和消息通告3種數(shù)據(jù)消息格式。命令消息包括了測(cè)試項(xiàng)目通告命令(TestConfCMD)、查詢控制命令(CtrSearchCMD)、回令響應(yīng)消息(RespMsg)；測(cè)試通告消息只包含測(cè)試狀態(tài)通告消息(TestStatusMsg)。

測(cè)試項(xiàng)目通告命令(TestConfCMD)用于主容器和從容器保持?jǐn)?shù)據(jù)一致性。消息內(nèi)容包含對(duì)應(yīng)測(cè)試編號(hào)、測(cè)試項(xiàng)目代碼、測(cè)試項(xiàng)目名稱、測(cè)試項(xiàng)目步驟和測(cè)試數(shù)據(jù)。測(cè)試編號(hào)是選擇的測(cè)試項(xiàng)目號(hào)；測(cè)試項(xiàng)目代碼是測(cè)試項(xiàng)目號(hào)對(duì)應(yīng)的名稱代碼；測(cè)試項(xiàng)目名稱是測(cè)試項(xiàng)目號(hào)對(duì)應(yīng)的名稱；測(cè)試項(xiàng)目步驟為測(cè)試項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的流程步編號(hào)；測(cè)試數(shù)據(jù)為測(cè)試過(guò)程中點(diǎn)采的數(shù)據(jù)，包括了數(shù)據(jù)名稱、數(shù)據(jù)的實(shí)測(cè)值、該項(xiàng)數(shù)據(jù)的閾值。

查詢控制命令消息(CtrSearchCMD)是主容器向從容器發(fā)送，查詢從響應(yīng)主的命令任務(wù)，包含ID號(hào)和命令參數(shù)2種數(shù)據(jù)。ID號(hào)是當(dāng)前需要給從容器發(fā)送的控制命令，共有3種命令，分別是清空命令、主從容器切換命令、主查詢從容器是否允許切換命令；命令參數(shù)為3種命令的操作內(nèi)容，清空命令對(duì)應(yīng)的清空流程列表的操作命令消息；切換命令對(duì)應(yīng)的切換與否的命令消息；查詢命令對(duì)應(yīng)的切換允許的回應(yīng)狀態(tài)命令消息。

圖4 協(xié)議處理業(yè)務(wù)容器數(shù)據(jù)流圖

回令響應(yīng)消息(RespMsg)用于從設(shè)備回復(fù)主設(shè)備確認(rèn)命令，包含命令I(lǐng)D和命令回復(fù)確認(rèn)標(biāo)志。命令I(lǐng)D為主設(shè)備的控制命令I(lǐng)D號(hào)；命令回復(fù)確認(rèn)為獲取命令后的應(yīng)答狀態(tài)碼。

測(cè)試狀態(tài)通告消息(TestStatusMsg)是主從間通信保持當(dāng)前測(cè)試狀態(tài)一致，同時(shí)在切換后不影響整個(gè)流程的一種措施，包含測(cè)試步序號(hào)和運(yùn)行狀態(tài)。測(cè)試步序號(hào)為當(dāng)前測(cè)試項(xiàng)目及當(dāng)前測(cè)試步驟編號(hào)，運(yùn)行狀態(tài)為當(dāng)前流程運(yùn)行狀態(tài)信息。

2)協(xié)議處理業(yè)務(wù)主從容器間

協(xié)議處理業(yè)務(wù)主從容器間使用心跳信息進(jìn)行通信，通信標(biāo)識(shí)為DHeartMsg，用于判斷當(dāng)前主容器是否工作正常。

心跳信息(DHeartMsg)僅包含了主機(jī)的在位信息。

3)控制域內(nèi)

控制域內(nèi)通信是在流程控制業(yè)務(wù)容器和協(xié)議處理業(yè)務(wù)容器之間進(jìn)行的，通信內(nèi)容為冗余控制命令，名稱為CMDMsg。流程控制業(yè)務(wù)容器將控制命令發(fā)送給協(xié)議處理業(yè)務(wù)容器，后者通過(guò)設(shè)備號(hào)封裝對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)幀，和真實(shí)設(shè)備進(jìn)行通信。

控制命令(CMDMsg)包含接受控制命令的設(shè)備ID號(hào)和具體命令消息。設(shè)備ID號(hào)為接受控制命令的設(shè)備號(hào)，命令消息為對(duì)設(shè)備操作的命令內(nèi)容。

3 交互域冗余技術(shù)研究

交互域是人員操作交互的業(yè)務(wù)集合，包括人機(jī)交互業(yè)務(wù)、前后端交互業(yè)務(wù)容器、數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)容器。人機(jī)交互業(yè)務(wù)與前后端交互業(yè)務(wù)容器采用B/S架構(gòu)設(shè)計(jì)。人機(jī)交互業(yè)務(wù)運(yùn)行在前端瀏覽器上，前后端交互業(yè)務(wù)容器提供后端與對(duì)前端的服務(wù)。

人機(jī)交互業(yè)務(wù)由數(shù)據(jù)交互頁(yè)面和流程控制頁(yè)面構(gòu)成。前者顯示內(nèi)容來(lái)自數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)容器處理解析后的點(diǎn)采和頻采設(shè)備數(shù)據(jù)，再經(jīng)可視化處理后呈現(xiàn)在頁(yè)面上，供工作人員觀察分析；后者提供可視化操作，使得用戶能夠通過(guò)簡(jiǎn)單的操作即可和虛擬化平臺(tái)及真實(shí)設(shè)備進(jìn)行交互。前后端交互業(yè)務(wù)容器支持與人機(jī)交互業(yè)務(wù)中的多種頁(yè)面進(jìn)行通信，解析來(lái)自頁(yè)面的請(qǐng)求信息和數(shù)據(jù)，并將解析完成的命令發(fā)送給控制域的流程控制業(yè)務(wù)容器進(jìn)行處理，數(shù)據(jù)參數(shù)訂閱信息發(fā)送給數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)容器。數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)容器負(fù)責(zé)建立和連接數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，同時(shí)解析來(lái)自控制域協(xié)議處理業(yè)務(wù)容器對(duì)設(shè)備的頻采數(shù)據(jù)，并依據(jù)訂閱信息進(jìn)行發(fā)布。

3.1 交互域的冗余技術(shù)

交互域的冗余技術(shù)體現(xiàn)在頁(yè)面故障恢復(fù)和登陸安全性2個(gè)方面。頁(yè)面故障需要恢復(fù)時(shí)，只需重新訪問(wèn)前后端交互業(yè)務(wù)容器IP和端口號(hào)即可，登陸安全性措施是為保證流程控制頁(yè)面控制權(quán)的唯一性。

流程控制頁(yè)面在故障恢復(fù)時(shí)，需要2個(gè)部分的信息，即心跳信息和頁(yè)面操作記錄。流程控制頁(yè)面正常運(yùn)行時(shí)，每100ms發(fā)送給后端交互業(yè)務(wù)容器1次心跳信息，超過(guò)1s后端交互業(yè)務(wù)容器未收到心跳信息，則判斷頁(yè)面故障退出，重新啟動(dòng)頁(yè)面；頁(yè)面操作記錄用于存儲(chǔ)對(duì)頁(yè)面的操作痕跡，并更新數(shù)據(jù)庫(kù)中的操作記錄表。

數(shù)據(jù)交互頁(yè)面的故障恢復(fù)技術(shù)，依賴心跳信息和參數(shù)選項(xiàng)記錄。心跳信息同流程控制頁(yè)面的心跳信息記錄，參數(shù)選項(xiàng)記錄用于記錄交互頁(yè)面訂閱的數(shù)據(jù)參數(shù)，虛擬化平臺(tái)依據(jù)訂閱信息定期發(fā)布更新數(shù)據(jù)，并在交互頁(yè)面進(jìn)行顯示。

登陸安全性針對(duì)控制頁(yè)面，出于對(duì)設(shè)備控制功能和安全性的需求，必須保證同一時(shí)刻有且僅有1個(gè)控制頁(yè)面可以操作，避免多個(gè)用戶同時(shí)登陸流程控制頁(yè)面以及后登陸用戶可以替換先登陸用戶。流程控制頁(yè)面登陸安全性技術(shù)，在前后端交互業(yè)務(wù)容器中實(shí)現(xiàn)。前后端交互業(yè)務(wù)容器需要將頁(yè)面登陸信息作記錄，并在記錄中更新流程控制頁(yè)面在位個(gè)數(shù)。

3.2 主要數(shù)據(jù)流和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

交互域的通信方式圖和數(shù)據(jù)流圖分別如圖5和圖6所示，其中包括了前端2種頁(yè)面和前后端交互業(yè)務(wù)的通信、前后端交互業(yè)務(wù)容器和數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)容器的通信，以及數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)庫(kù)的通信。

圖5 交互域冗余通信方式圖

圖6 交互域數(shù)據(jù)流圖

交互域的通信使用B/S模式的Ajax請(qǐng)求響應(yīng)模式，頁(yè)面通過(guò)json將數(shù)據(jù)發(fā)送給前后端交互業(yè)務(wù)容器，并響應(yīng)業(yè)務(wù)容器返回的數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)容器和數(shù)據(jù)庫(kù)間通信數(shù)據(jù)統(tǒng)稱為解析數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)容器和協(xié)議處理業(yè)務(wù)容器間通信數(shù)據(jù)統(tǒng)稱為原始數(shù)據(jù)。

交互域冗余技術(shù)使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有：

1)流程控制頁(yè)面通信數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

請(qǐng)求響應(yīng)數(shù)據(jù)中用于流程控制頁(yè)面和后端通信的消息包括心跳信息(CPHeartMsg)和頁(yè)面操作記錄(CPOptMsg)2種。

心跳信息(CPHeartMsg)用于判斷流程控制頁(yè)面或交互頁(yè)面是否正常，內(nèi)容包含頁(yè)面編號(hào)和頁(yè)面重啟標(biāo)志位。頁(yè)面編號(hào)為流程控制或交互頁(yè)面編號(hào)；頁(yè)面重啟標(biāo)志位，用于區(qū)分頁(yè)面因故障關(guān)閉或正常關(guān)閉。

頁(yè)面操作記錄(CPOptMsg)用于傳遞給數(shù)據(jù)庫(kù)保存頁(yè)面交互的所有操作，內(nèi)容包含流程名稱、流程步和流程運(yùn)行狀態(tài)。其中，流程步為當(dāng)前流程運(yùn)行對(duì)應(yīng)的步序號(hào)；流程運(yùn)行狀態(tài)標(biāo)識(shí)當(dāng)前流程運(yùn)行狀態(tài)為全流程運(yùn)行、單步運(yùn)行或終止運(yùn)行。

2)數(shù)據(jù)交互頁(yè)面通信數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

請(qǐng)求響應(yīng)數(shù)據(jù)中用于數(shù)據(jù)交互頁(yè)面和后端通信的消息包括心跳信息(VPHeartMsg)和參數(shù)選項(xiàng)(VPParaMsg)，心跳信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義同1)。

參數(shù)選項(xiàng)(VPParaMsg)記錄交互頁(yè)面編號(hào)和交互頁(yè)面訂閱的參數(shù)數(shù)據(jù)集合。

3)數(shù)據(jù)庫(kù)表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)庫(kù)包括登陸信息表、流程狀態(tài)表、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)表、前端交互操作表在內(nèi)的4種數(shù)據(jù)表。

登錄頁(yè)面信息數(shù)據(jù)庫(kù)主要包含網(wǎng)頁(yè)類型標(biāo)識(shí)碼、網(wǎng)頁(yè)類型、交互頁(yè)面和流程控制頁(yè)面的數(shù)量信息。如表1所示。

表1 登陸頁(yè)面信息表

表2用于記錄設(shè)備點(diǎn)采和頻采后解析完成的數(shù)據(jù)，及數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的上下限值，更新數(shù)據(jù)值，保證數(shù)據(jù)的有效性。

表2 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)表

交互操作表(表3)用于記錄對(duì)頁(yè)面的操作記錄，為還原頁(yè)面狀態(tài)提供參考。依據(jù)頁(yè)面布局將頁(yè)面可分為多個(gè)區(qū)域，頁(yè)面操作后立即更新對(duì)應(yīng)區(qū)域號(hào)的數(shù)值。

表3 交互操作記錄表

流程狀態(tài)表(表4)用于記錄流程運(yùn)行狀態(tài)，流程名編號(hào)為測(cè)試項(xiàng)目的編號(hào)；流程步號(hào)用于記錄流程運(yùn)行步序號(hào)；流程狀態(tài)中0x00表示開(kāi)始全部流程、0x01表示單步運(yùn)行流程、0x02表示停止流程運(yùn)行。

表4 流程狀態(tài)表

4 實(shí)驗(yàn)

本文對(duì)冗余技術(shù)方案的主要冗余功能和性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

4.1 從容器健康檢查和故障恢復(fù)

容器級(jí)健康狀態(tài)檢查工作包括：管理模塊和容器進(jìn)行HTTP請(qǐng)求響應(yīng)通信，定期檢查容器是否有反饋，設(shè)置超時(shí)響應(yīng)時(shí)間(2s)，超過(guò)后，則認(rèn)為容器已經(jīng)失效，需要重新啟動(dòng)容器。業(yè)務(wù)容器健康監(jiān)測(cè)配置文件偽代碼如下所示：

Master.yaml文件如下：

apiVersion: v1

kind: Pod

metadata:

labels: myweblive

name: weblive

spec:

……

livenessProbe：

httpGet:

path:/_status/healthz

port: 80

initialDelaySeconds: 15

timeoutSeconds: 2

容器發(fā)生故障并重啟運(yùn)行，效果如圖7和圖8所示。

圖7 容器狀態(tài)異常

圖8 容器重新啟動(dòng)成功

容器因故障退出后，可以自動(dòng)重新啟動(dòng)，當(dāng)主業(yè)務(wù)容器發(fā)生故障重啟，從業(yè)務(wù)容器接替主容器開(kāi)始工作，主容器重啟后成為從容器，執(zhí)行監(jiān)聽(tīng)任務(wù)。

通過(guò)容器自身的健康檢查和自動(dòng)重啟功能，能夠自主對(duì)容器重啟，無(wú)需手動(dòng)重啟。

4.2 冗余切換時(shí)間性能分析

為了驗(yàn)證容器在業(yè)務(wù)冗余中的性能，將同樣的業(yè)務(wù)分別部署在物理機(jī)和虛擬化容器上，重點(diǎn)比對(duì)冗余切換業(yè)務(wù)在2種平臺(tái)上的運(yùn)行性能。

實(shí)驗(yàn)環(huán)境軟硬件參數(shù)如表5所示，

表5 實(shí)驗(yàn)軟硬件環(huán)境

a)業(yè)務(wù)啟動(dòng)時(shí)間性能差異分析

重啟物理機(jī)和業(yè)務(wù)容器，比對(duì)兩者成功業(yè)務(wù)啟動(dòng)的時(shí)間如圖9所示。

圖9 物理機(jī)和容器業(yè)務(wù)成功啟動(dòng)時(shí)間比對(duì)

如圖9中的對(duì)比，業(yè)務(wù)在容器平臺(tái)啟動(dòng)的時(shí)間略低于物理機(jī)平臺(tái)，差值一般在0.5s內(nèi)。

b)業(yè)務(wù)冗余切換性能分析

業(yè)務(wù)容器間心跳信息的通信，等待超過(guò)200ms，即切換主從業(yè)務(wù)。

如圖10所示，2種業(yè)務(wù)平臺(tái)主業(yè)務(wù)切換為從業(yè)務(wù)并接替工作的時(shí)間，相差為數(shù)十微秒量級(jí)。

通過(guò)冗余的功能和性能試驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)業(yè)務(wù)冗余在虛擬化容器平臺(tái)上的性能低于真實(shí)物理機(jī)，但是兩者差距在可接受范圍內(nèi)。同時(shí)，容器在隔離性、封裝性和遷移性上都有較好的優(yōu)勢(shì)，可以彌補(bǔ)性能上的不足。

圖10 物理機(jī)和容器業(yè)務(wù)主從切換延遲

5 結(jié)束語(yǔ)

本文研究并提出了測(cè)發(fā)控軟件在虛擬化平臺(tái)上的冗余技術(shù)，提出了具體的實(shí)現(xiàn)方案，實(shí)驗(yàn)證明能更好地滿足地面測(cè)發(fā)控軟件的可靠性和健壯性需求，為提高發(fā)射可靠性提供了有利保障。