摘要:在靶场试验训练任务中，指挥显示系统是靶场指挥控制系统的重要组成部分，有效的支撑试训任务顺利展开。本文针对靶场指控各分系统软件双工热备需求，以QT为开发环境，经过需求分析把不同的功能，诸如双工状态、故障监测与切换、故障服务器重入、请求切换、事件记录等分配给不同的逻辑包进行设计，各逻辑包再合理划分成多个子单元进行详细设计与实现。该软件操作简捷、功能完善，提升了指挥显示系统可靠性。
关键词:双工；节点；心跳；故障检测
1引言
指挥显示系统是靶场指挥控制系统的重要组成部分，它担负着试验综合态势的实时显示任务，辅助参试人员指挥决策[1]。为了保证系统高可靠性要求，系统中的各服务器均采用双工热备份的工作模式。在这种工作模式下，两台独立的服务器通过两条心跳线路连接起来，在双工管理软件的支持下组成互为备份的系统，双工管理软件提供双机状态实时监测与故障自动切换功能。
2设计思路
双工热备技术是利用冗余技术提高系统可靠性的一种方法。在双工系统中，两台服务器配置相同，每一台都具备单独完成任务的能力。两台服务器同时工作，互为备份。在正常工作情况下，其中一台服务器为主机，另一台为副机。主机和副机上的应用程序，接收相同的数据，各自进行相同的处理，主副机得到相同的处理结果，但输出任务只由主机完成，即由主机向外发送数据包。副机只是作为备份机工作。当双工系统中的一台服务器发生故障时，仍能够继续完成任务。在副机故障的情况下，主机的处理不受影响。在主机故障的情况下，原副机切换为主机，接替原主机完成任务。发生故障的机器，在排除故障后，可重新加入双工系统。双工管理软件还为每个双工热备系统维护了一个虚拟IP地址（以下简称虚IP）。虚IP由主机拥有，当实施双工切换时，虚IP也随之漂移到新的主机上。
3软件功能组成
双工管理软件由五部分功能模块组成，包括建立双工状态、故障监测与切换、故障服务器重入、请求切换、事件记录。为满足国产化操作系统适用要求，本软件采用Qt语言进行设计，Qt采用C++软件开发框架[2]，可实现“一次编写，随处编译”[3]，可支持Linux平台。双工管理软件的主要功能是确保系统的不间断运行[4]，主要过程为：启动优先原则，双机中先启动是主机，后启动者为备机；互检互显，主备机能够互相检测连接状态，并同时发送自身运行状态，当检测到本机故障时给予提示信息，以便于主备切换。主备自动切换原则为：当备机在网络检测周期内（40ms）未发现主机信息时，自动提升到主机状态。人工切换原则为：特殊情况时可人工接入进行强行切换，确保设备安全[5]。
4逻辑包的划分及设计
根据双工软件的功能，将其划分为双工服务包和双工管理包，共2个逻辑包。其中双工服务包、双工管理包都采用结构化设计方法，双工管理包采用面向对象设计方法。双工服务包包括建立双工状态包、故障监测与切换包、故障服务器重入包、请求切换包、事件记录包。建立双工状态包：根据配置参数建立初始双工状态，即确定哪台服务器是主机，哪台是副机；故障监测与切换包：在故障发生时进行双工切换；故障服务器重入包：故障服务器恢复后，可重新加入双工热备系统；请求切换包：业务人员或应用软件可在需要时进行双工切换。切换后，原主机变为副机，原副机变为主机；事件记录包：记录各种事件到日志文件；双工管理包：提供图形界面，显示双工信息，允许业务人员对双工进行配置或者操作。
4.1建立双工状态包设计
建立双工状态包由初始化单元、双工状态建立单元组成。初始化单元：程序的初始化，读取配置文件，获取配置参数。双工状态建立单元：建立初始的双工状态，根据配置信息确定本机的双工状态,即确定哪台服务器是主机，哪台是副机。编辑获取双工状态（getDupStatus）API调用格式为：lstat表示本机的主/副状态，值为2时本机为主机，值为1时本机为副机，值为0时表示脱机，其它值未定义。pstat表示它机的主/副状态，值为2时它机为主机，值为1时它机为副机，值为0时表示它机状态脱机，其它值未定义。mode表示双工工作方式，值为0时为人工方式，值为1时为自动方式，其它值未定义。lnet表示本机数据网的状态，值为1时正常，值为0时故障。lsoft表示本机关键软件的状态，值为1时正常，值为0时表示异常。pnet表示它机的数据网状态，值为1时正常，值为0时故障。psoft表示它机的关键软件的状态，值为1时正常，值为0时故障。API成功完成时，返回值为0。否则返回值为-1。当返回值为-1时，可能的错误状态如下：EFAULT//参数dpsts是一个不可访问的地址。系统管理员可以通过配置相应的参数来给出希望的初始状态。例如指定系统初始化时固定由某台服务器作为主机，另一台作为副机。或者指定由双工系统中先启动的服务器作为主机，后启动的作为副机。
4.2故障监测与切换包设计
故障监测与切换包由服务器故障监测与切换单元、关键软件故障监测单元、网络连接故障监测与切换单元组成。服务器故障监测与切换单元：在两个专用连接上监测心跳、两个专用连接的状态，确定其是否正常。主机故障时，副机自动切换为主机。在两个专用连接上监测心跳。主机故障时，副机自动切换为主机。(1)每隔一段时间在两个专用连接上监测另外一台服务器的心跳；(2)定期检查心跳是否超时，如果超时，认为服务器故障；(3)主机故障时，副机自动切换为主机；(4)向应用软件报告双工状态改变；(5)在新的主机上创建虚拟IP（如果配置了虚拟IP），在新的副机上删除虚拟IP。关键软件故障监测单元：监测关键软件的状态，是否正常。主机每隔一段时间（如40ms）监视关键软件（包括）的状态，当状态异常（如软件异常退出）时，进行双工切换。双工管理软件还提供另外一种工作模式，即关键软件定期向双工管理软件报告状态（时间长短可设置，暂定为20ms），双工管理软件如果在规定的时间内（大于关键软件周期报告状态时间）没有收到状态报告，则认为关键软件故障，向其发送信号，将其“杀死”，并将其重启。网络连接故障监测与切换单元：监测节点数据网络的连接状态（向交换机发送一个ICMP回送包，交换机收到后返回一个ICMP回送相应包），当主机在一段时间内收不到交换机的应答时，认为连接已故障。主机数据网络故障时，副机自动切换为主机。等待双工状态改变（waitDup）API调用格式：#include<dupserv.h>intwaitDup(void);//描述：应用程序通过该API等待双工状态的改变。当主副机状态改变、双工工作模式改变时，以及网络状态、软件状态发生改变时该函数返回。返回值：API成功完成时，返回值为0。否则返回值为-1。执行过程详见图1所示。
4.3故障服务器重入包设计
故障服务器重入包由故障服务器重入单元组成。故障服务器重入单元：处理故障节点重新加入双工。故障服务器恢复后，可重新加入双工热备系统；加入后服务器的状态为副机。
4.4请求切换包设计
请求切换包由故障服务器重入单元组成。双工管理软件提供了请求切换的功能，业务人员或应用软件可在需要时（如系统维护时）进行双工切换。切换后，原主机变为副机，原副机变为主机。请求双工切换（reqDupSwitch）API调用格式：#include<dupserv.h>intreqDupSwitch(void);//描述：应用程序可调用此API请求改变双工状态。只有在自动方式下才可以由超级用户在主机上请求切换。如果本机为副机，不允许切换；如果本机为主机，它机为副机，并且它机网络或软件异常，不允许切换；成功切换后，原主机变为副机，原副机变为主机。返回值：API成功完成时，返回值为0。当返回值为-1时，可能的错误状态如下：EPERM：非root用户；ENOTSUP：操作不支持。
4.5事件记录包设计
事件记录包由初始化单元、事件记录单元组成。记录双工状态改变的信息、切换请求和发现的故障信息，例如专用连接故障、双工状态改变等。
4.6双工管理包设计
双工管理包由双工状态显示单元、双工切换单元、双工切换单元、设置双工模式单元组成。执行过程详见图2所示。
5结束语
本文介绍了指挥显示系统双工管理软件的设计，该软件人性化设计程度高、操作简捷，便于试验指挥人员实时高效查看切换软件双工工作状态；软件设计基于跨平台应用思想，应用的适用面广[6]。该软件的设计实现，有效提高了指挥显示系统可靠性，该软件对类似用途领域具有一定启迪性和推广价值。
作者:常兴华 单位:中国人民解放军92941部队
