專(zhuān)利名稱(chēng)：一種分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)復(fù)制同步方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，涉及分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的復(fù)制同步方法。
背景技術(shù)：
在空中交通管制系統(tǒng)(ATC， Air Traffic Control system)、艦船管理系統(tǒng)(CMS, Combat Management System)等實(shí)時(shí)、重大使命系統(tǒng)(Real-time,mission-critical system)中，服務(wù)進(jìn)程一般采用冗余配置部署在多臺(tái)處理機(jī)上，多臺(tái)處理機(jī)上的相同進(jìn)程構(gòu)成一個(gè)集群(Cluster),同時(shí)只有一個(gè)處理機(jī)上的進(jìn)程為主態(tài)，其它為從態(tài)。當(dāng)主態(tài)進(jìn)程所在處理機(jī)或主態(tài)進(jìn)程本身出現(xiàn)問(wèn)題，集群控制進(jìn)程將自動(dòng)選擇某個(gè)從態(tài)進(jìn)程切換到主態(tài)繼續(xù)運(yùn)行。如何保證多臺(tái)處理機(jī)上的主從進(jìn)程間數(shù)據(jù)的一致性和實(shí)時(shí)更新成為一個(gè)技術(shù)關(guān)鍵和難點(diǎn)。傳統(tǒng)的方法采用數(shù)據(jù)庫(kù)作為存儲(chǔ)介質(zhì)，多臺(tái)處理機(jī)同時(shí)連接到數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，但此方法存放兩個(gè)問(wèn)題(1)存在單點(diǎn)故障，如數(shù)據(jù)庫(kù)宕機(jī)，則整個(gè)系統(tǒng)將不可用；(2)實(shí)時(shí)性不高，無(wú)法滿足ATC等實(shí)時(shí)、重大使命系統(tǒng)的要求。另外也存在采用基于事務(wù)處理的數(shù)據(jù)同步的方法，但在處理機(jī)很多且同步數(shù)據(jù)量大的情況下，其實(shí)時(shí)性受到很大影響，基本上不能滿足數(shù)據(jù)的一致性和實(shí)時(shí)更新的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)復(fù)制同步方法，簡(jiǎn)稱(chēng)DDR方法。本方法不釆用數(shù)據(jù)庫(kù)作為存儲(chǔ)介質(zhì)，不存在因數(shù)據(jù)庫(kù)宕機(jī)造成整個(gè)系統(tǒng)不能使用的情況，同時(shí)，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和可靠性，滿足ATC、 CMS等實(shí)時(shí)、重大使命系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步復(fù)制需要，保持主從進(jìn)程間數(shù)據(jù)的一致性，進(jìn)而提高整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、可用性。
本發(fā)明的目的是這樣達(dá)到在需保持?jǐn)?shù)據(jù)同步的每臺(tái)處理機(jī)上運(yùn)行一個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步進(jìn)程，簡(jiǎn)稱(chēng)DDR進(jìn)程，每個(gè)DDR進(jìn)程中保存和維持與其它處理機(jī)上的DDR進(jìn)程相同的數(shù)據(jù)拷貝。同時(shí)，提供一個(gè)函數(shù)接口庫(kù)，簡(jiǎn)稱(chēng)DDR接口庫(kù)，用于應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)同步進(jìn)程DDR進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。為提高DDR進(jìn)程與DDR接口庫(kù)數(shù)據(jù)存取的性能，將DDR進(jìn)程管理的數(shù)據(jù)存放在操作系統(tǒng)提供的共享內(nèi)存(ShareMemory)中。DDR進(jìn)程管理的數(shù)據(jù)以條為單位，每條數(shù)據(jù)的空間大小固定為N字節(jié)，共M條數(shù)據(jù)記錄，存儲(chǔ)在一塊連續(xù)的MXN字節(jié)大小的共享內(nèi)存中，每一條數(shù)據(jù)內(nèi)容均包括該數(shù)據(jù)的邏輯時(shí)間LTS、更新的應(yīng)用程序編號(hào)UID和用戶數(shù)據(jù)USER DATA三部分，其中應(yīng)用程序編號(hào)UID由處理機(jī)編號(hào)和應(yīng)用程序的進(jìn)程號(hào)PID組成，保持唯一性。每個(gè)DDR進(jìn)程會(huì)定期廣播心跳信息給其它DDR進(jìn)程，以保證在每個(gè)DDR進(jìn)程中維持所有正常運(yùn)行的DDR進(jìn)程的IP地址列表和當(dāng)前的主態(tài)DDR進(jìn)程編號(hào)。整個(gè)DDR進(jìn)程組中只能有一個(gè)主態(tài)DDR進(jìn)程，如果判斷出現(xiàn)2個(gè)以上主態(tài)或無(wú)主態(tài)進(jìn)程時(shí)，將啟動(dòng)主態(tài)選舉算法選舉一個(gè)IP地址最小的處理機(jī)上的DDR進(jìn)程為主態(tài)，其余均為從態(tài)；數(shù)據(jù)復(fù)制步驟包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步進(jìn)程DDR初始化；主態(tài)選舉；數(shù)據(jù)一致性周期性檢査；數(shù)據(jù)更新；數(shù)據(jù)更新通知；數(shù)據(jù)更新沖突解決；數(shù)據(jù)讀取和DDR進(jìn)程退出幾個(gè)部分，其中數(shù)據(jù)讀取是應(yīng)用程序通過(guò)DDR接口庫(kù)直接從本地共享內(nèi)存中讀取某條數(shù)據(jù)，不產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)。數(shù)據(jù)復(fù)制步驟的具體過(guò)程是
(1) 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步進(jìn)程DDR初始化
a) 程序啟動(dòng)，初始化共享內(nèi)存數(shù)據(jù)區(qū)，
b) 將進(jìn)程的主從狀態(tài)置為從態(tài)狀態(tài)，
c) DDR進(jìn)程啟動(dòng)成功后，周期性向其它DDR進(jìn)程廣播心跳信息HBM，
d) 接收其它DDR進(jìn)程心跳信息HBM，并更新本地活動(dòng)列表，如超過(guò)規(guī)定時(shí)間未收到某個(gè)的心跳消息HBM消息，則在活動(dòng)列表中刪除該進(jìn)程的相應(yīng)信息。
(2) 主態(tài)選舉
a) 主態(tài)DDR進(jìn)程選舉算法:若從態(tài)DDR進(jìn)程收到主DDR進(jìn)程將退出消息MDM消息或超過(guò)規(guī)定時(shí)間未收到數(shù)據(jù)一致性檢查消息MCM消息，則認(rèn)為主態(tài)進(jìn)程已不能正常工作，根據(jù)本地活動(dòng)DDR進(jìn)程列表檢査本進(jìn)程所在處理機(jī)的IP地址是否最小，判斷本進(jìn)程是否應(yīng)切換到主態(tài)，如需切換到主態(tài)，則廣播發(fā)送主DDR進(jìn)程存活消息MEM消息，同時(shí)將本機(jī)DDR進(jìn)程切換為主態(tài)。
b) 多主態(tài)DDR進(jìn)程沖突解決算法若主態(tài)DDR進(jìn)程收到數(shù)據(jù)一致性檢査消息MCM消息或主態(tài)DDR進(jìn)程存活消息MEM，則認(rèn)為存在多個(gè)主態(tài)，因此用本機(jī)IP地址和收到的MCM消息的IP地址比較若本機(jī)IP較大，則認(rèn)為有其它DDR進(jìn)程
8更適合主態(tài)，將本機(jī)DDR進(jìn)程切換為從態(tài)；若本機(jī)IP較小，則發(fā)送MEM消息給 相應(yīng)DDR進(jìn)程，其它主態(tài)DDR進(jìn)程作同樣判斷。
(3) 數(shù)據(jù)一致性周期性檢査
主態(tài)DDR進(jìn)程定期廣播發(fā)送數(shù)據(jù)一致性檢査消息MCM， MCM消息中包含主態(tài) DDR進(jìn)程的每條數(shù)據(jù)的LTS和UID字段，DDR進(jìn)程收到MCM消息后將作以下處理
a) 主態(tài)DDR進(jìn)程收到MCM消息，則知道出現(xiàn)多個(gè)主態(tài)，則啟動(dòng)第(2)步中 的多主態(tài)DDR進(jìn)程沖突解決，從而保證只有一個(gè)主態(tài)進(jìn)程。
b) 每個(gè)從態(tài)DDR進(jìn)程收到MCM消息，則根據(jù)MCM消息中內(nèi)容逐條與本地?cái)?shù) 據(jù)的LTS和UID比較。
如果MCM消息中的該條記錄的LTS值較大，說(shuō)明主態(tài)DDR進(jìn)程的數(shù)據(jù)為較新 版本，向主態(tài)DDR進(jìn)程發(fā)送數(shù)據(jù)重傳消息RDM，請(qǐng)求主態(tài)重傳該條數(shù)據(jù)，主態(tài)DDR 進(jìn)程收到RDM消息后，用數(shù)據(jù)重傳應(yīng)答消息RRM，廣播該條數(shù)據(jù)的最新版本數(shù)據(jù)。
如果MCM消息中的該條記錄的LTS值較小，則主態(tài)DDR進(jìn)程的數(shù)據(jù)為舊版本， 從態(tài)DDR進(jìn)程發(fā)送RRM消息給主態(tài)DDR進(jìn)程，以更新該條數(shù)據(jù)。
如果MCM消息中的該條記錄與本地記錄的LTS值相等，但是兩者UID值不相 等，說(shuō)明存在數(shù)據(jù)沖突且還未被應(yīng)用程序解決，向主態(tài)DDR進(jìn)程發(fā)送RDM消息， 請(qǐng)求主態(tài)重傳該條數(shù)據(jù)，
主態(tài)DDR進(jìn)程收到RDM消息后，用RRM消息廣播該條數(shù)據(jù)的最新版本數(shù)據(jù)。
如果MCM消息中的該條記錄與本地記錄的LTS值和UID值均相等，說(shuō)明兩者 數(shù)據(jù)版本一致，不作任何處理。
(4) 數(shù)據(jù)更新
a) 當(dāng)應(yīng)用程序需更新某條數(shù)據(jù)時(shí)，調(diào)用DDR接口庫(kù)的提供的更新函數(shù)將更 新數(shù)據(jù)發(fā)送給本地DDR進(jìn)程，本地DDR進(jìn)程采用以下算法更新數(shù)據(jù)
i) 將該條數(shù)據(jù)的LTS加l, UID更新為調(diào)用進(jìn)程的UID，更新本地的數(shù)據(jù)；
ii) 向其它DDR進(jìn)程廣播發(fā)送數(shù)據(jù)更新UDM消息，以更新該條數(shù)據(jù)；
b) DDR進(jìn)程接收到數(shù)據(jù)更新消息UDM按以下算法處理
i) 如UDM消息中該條數(shù)據(jù)的LTS值小于本地該條數(shù)據(jù)的LTS值，說(shuō)明本地 數(shù)據(jù)較新，不做處理；
ii) 如UDM消息中該條數(shù)據(jù)的LTS值大于本地該條數(shù)據(jù)的LTS值，則用UDM中的數(shù)據(jù)更新本地?cái)?shù)據(jù)，包括LTS和UID字段；
iii) 如UDM消息中該條數(shù)據(jù)的LTS值等于本地該條數(shù)據(jù)的LTS值，但UID 值不相等，說(shuō)明產(chǎn)生數(shù)據(jù)更新沖突，按第(6)步"數(shù)據(jù)更新沖突解決算法"解 決沖突，并記錄詳細(xì)的日志；
iv) 其它情況，則不做處理；
c) DDR進(jìn)程接收到數(shù)據(jù)重傳應(yīng)答消息RRM按以下算法處理
i) 如RRM消息中該條數(shù)據(jù)的LTS值小于本地該條數(shù)據(jù)的LTS值，說(shuō)明本 地?cái)?shù)據(jù)較新，不做處理；
ii) 如RRM消息中該條數(shù)據(jù)的LTS值大于本地該條數(shù)據(jù)的LTS值，則用RRM 中的數(shù)據(jù)更新本地?cái)?shù)據(jù)，包括LTS和UID字段；
iii) 如RRM消息中該條數(shù)據(jù)的LTS值等于本地該條數(shù)據(jù)的LTS值，但UID 值不相等，說(shuō)明產(chǎn)生數(shù)據(jù)更新沖突，按第(6)步"數(shù)據(jù)更新沖突解決算法"解 決沖突，并記錄詳細(xì)的日志。
(5) 數(shù)據(jù)更新通知接收到數(shù)據(jù)更新的DDR進(jìn)程發(fā)送數(shù)據(jù)更新通知消息給 本地DDR接口庫(kù)，應(yīng)用程序通過(guò)定時(shí)輪詢或注冊(cè)回調(diào)函數(shù)方式獲得此通知消息。
(6) 數(shù)據(jù)更新沖突解決
當(dāng)DDR進(jìn)程收到UDM或RRM消息時(shí)并檢測(cè)到數(shù)據(jù)更新沖突時(shí)按下列方法進(jìn) 行處理
a) 將該條數(shù)據(jù)的本地?cái)?shù)據(jù)保存到?jīng)_突數(shù)據(jù)列表中；
b) 用收到的數(shù)據(jù)更新本地相應(yīng)數(shù)據(jù)；
c) 向沖突數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)更新消息UID對(duì)應(yīng)的DDR接口庫(kù)發(fā)送數(shù)據(jù)沖突通知 消息，由DDR接口庫(kù)對(duì)應(yīng)的本地應(yīng)用程序解決此沖突；
d) 向本地其它應(yīng)用程序的DDR接口庫(kù)發(fā)送數(shù)據(jù)更新通知。
(7) 數(shù)據(jù)讀取
應(yīng)用程序通過(guò)DDR接口庫(kù)直接從本地共享內(nèi)存中讀取某條數(shù)據(jù)。
(8) DDR進(jìn)程退出
處于主態(tài)的DDR進(jìn)程退出時(shí)，廣播發(fā)送主DDR進(jìn)程將退出消息MDM消息。 本發(fā)明具有的積極效果是情況，且數(shù)據(jù) 讀取是應(yīng)用程序通過(guò)DDR接口庫(kù)直接從本地共享內(nèi)存中讀取，不產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)， 數(shù)據(jù)更新快，實(shí)吋性高。
2、 數(shù)據(jù)分布在每臺(tái)處理機(jī)上，且保持一致，可靠性更高，特別適合于實(shí)時(shí)、 分布式、重大使命系統(tǒng)。
3、 本地儲(chǔ)存采用共享內(nèi)存方式，使本機(jī)多個(gè)應(yīng)用進(jìn)程間數(shù)據(jù)交換速度更快、 支持的應(yīng)用程序更多。共享內(nèi)存方式比本機(jī)文件共享、TCP/IP等方式效率更高。


圖1是以4臺(tái)處理機(jī)為例的分布式數(shù)據(jù)復(fù)制部署示意圖。 圖2是存儲(chǔ)在MXN大小共享存儲(chǔ)空間的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
本分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)復(fù)制同步方法的過(guò)程即是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步進(jìn)程DDR進(jìn)程的 實(shí)施過(guò)程。
DDR進(jìn)程間用于數(shù)據(jù)交互的消息定義如下
HBM: Heartbeat Message, DDR進(jìn)程心跳消息，用于向其它DDR進(jìn)程周期性 報(bào)告本機(jī)DDR進(jìn)程的存活等狀態(tài)。HBM消息數(shù)據(jù)包括消息順序號(hào)、本機(jī)IP、消 息產(chǎn)生時(shí)間、主從狀態(tài)。
MCM: Master Check Message,數(shù)據(jù)一致性檢查消息，主DDR進(jìn)程定期廣播 的數(shù)據(jù)一致性檢査消息，便于其它DDR進(jìn)程檢査和更新數(shù)據(jù)，以保持全局?jǐn)?shù)據(jù)一 致。MCM消息數(shù)據(jù)包括消息順序號(hào)、本機(jī)IP、消息產(chǎn)生時(shí)間、每條數(shù)據(jù)的邏輯 時(shí)間LTS和應(yīng)用程序編號(hào)UID字段等。
UDM: Update Data Message,數(shù)據(jù)更新消息，用于DDR進(jìn)程將數(shù)據(jù)更新情況 和更新的數(shù)據(jù)及時(shí)發(fā)送給其他的DDR進(jìn)程。UDM消息包括消息順序號(hào)，本機(jī)IP 地址，消息產(chǎn)生時(shí)間，待更新數(shù)據(jù)的編號(hào)、邏輯時(shí)間LTS、應(yīng)用程序編號(hào)UID、 用戶數(shù)據(jù)user data等。
RDM: Retransmission Data Message,數(shù)據(jù)重傳消息，用于DDR進(jìn)程向某個(gè) DDR進(jìn)程請(qǐng)求重傳某條數(shù)據(jù)；RDM消息數(shù)據(jù)包括消息順序號(hào)、本機(jī)IP地址、消 息產(chǎn)生時(shí)間、請(qǐng)求重傳數(shù)據(jù)的編號(hào)。
RRM: R印ly Retransmission Message,數(shù)據(jù)重傳應(yīng)答消息，用于對(duì)收到RDM消息后的應(yīng)答；RRM消息數(shù)據(jù)包括消息順序號(hào)、本機(jī)IP地址、消息產(chǎn)生時(shí)間、 重傳的數(shù)據(jù)條的編號(hào)、邏輯時(shí)間LTS、應(yīng)用程序編號(hào)UID、用戶數(shù)據(jù)user data head 禾口 user data。
MDM: Master Dead Message,主DDR進(jìn)程將退出消息，在DDR進(jìn)程將退出前 發(fā)送給其它DDR進(jìn)程，用于其它進(jìn)程啟動(dòng)主機(jī)選舉過(guò)程；MDM消息數(shù)據(jù)包括消 息順序號(hào)、本機(jī)IP地址、消息產(chǎn)生時(shí)間。
MEM: Master Exist Message, 主DDR進(jìn)程存活消息，用于解決同時(shí)存在多 個(gè)主DDR進(jìn)程的情況。MEM消息數(shù)據(jù)包括消息順序號(hào)、本機(jī)IP地址、消息產(chǎn) 生時(shí)間。
DDR接口庫(kù)的定義
應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)同步進(jìn)程DDR進(jìn)行數(shù)據(jù)交互通過(guò)提供函數(shù)接口庫(kù)即DDR接口 庫(kù)方式完成。在DDR接口庫(kù)中有為應(yīng)用程序提供數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)更新、定時(shí)輪詢 和注冊(cè)更新通知回調(diào)等接口函數(shù)。
DDR接口庫(kù)函數(shù)定義為
(1) 數(shù)據(jù)獲取函數(shù)定義為
int Get (int nddrNo， char承pUserdata， int nUserdataLength)， 本函 數(shù)從本地共享內(nèi)存數(shù)據(jù)中取出第nddrNo條數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)內(nèi)容放入pUserdata中， 數(shù)據(jù)最長(zhǎng)為nUserdataLength字節(jié)。應(yīng)用程序直接通過(guò)DDR接口庫(kù)從本地共享內(nèi) 存中讀取數(shù)據(jù)，不產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)，既可減少網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)，又可提高數(shù)據(jù)讀取的實(shí)時(shí) 性。
(2) 數(shù)據(jù)更新函數(shù)定義為
irrt Set (irrt nddrNo， const char氺pUserdata， int nUserdataLength)， 本函數(shù)將pUserdata中的數(shù)據(jù)更新到本地?cái)?shù)據(jù)拷貝中第nddrNo條數(shù)據(jù)中，數(shù)據(jù) 最長(zhǎng)為nUserdataLength字節(jié)0
(3) 定時(shí)輪詢函數(shù)定義為
intGetNotify (int * changedRecords)，根據(jù)函數(shù)返回有多少條數(shù)據(jù)變化， 將變化數(shù)據(jù)的編號(hào)放入changedRecords數(shù)組中。應(yīng)用程序可根據(jù) changedRecords數(shù)組中的數(shù)據(jù)編號(hào)調(diào)用get函數(shù)取得具體的變化的數(shù)據(jù)。當(dāng)某 條數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)，本地發(fā)送包含數(shù)據(jù)編號(hào)的通知消息到本地應(yīng)用程序的DDR接
12口庫(kù)的隊(duì)列中，應(yīng)用程序采用定時(shí)輪詢方式獲取變化的數(shù)據(jù)信息。 (4)注冊(cè)回調(diào)函數(shù)為 int RegisterNotifyCallback (void氺funcptr)， funcptr為形如void func (int nRecordNo)函數(shù)指針，nRecordNo為變化的數(shù)據(jù)編號(hào)。當(dāng)有通知消息時(shí)， DDR接口庫(kù)自動(dòng)調(diào)用應(yīng)用程序注冊(cè)的函數(shù)(funcptr)完成相應(yīng)的功能處理。 本實(shí)施例中數(shù)據(jù)復(fù)制的具體步驟是
(1) 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步進(jìn)程DDR初始化
a) 程序啟動(dòng)，根據(jù)配置參數(shù)，初始化共享內(nèi)存數(shù)據(jù)區(qū)，
b) 將進(jìn)程的主從狀態(tài)置為從態(tài)狀態(tài)，
c) DDR進(jìn)程啟動(dòng)成功后，以2秒鐘為周期向其它DDR進(jìn)程廣播心跳信息HBM，
d) 接收其它DDR進(jìn)程心跳信息HBM，并更新本地活動(dòng)列表，如超過(guò)規(guī)定的5 秒未收到某個(gè)的心跳消息朋M消息，則在活動(dòng)列表中刪除該進(jìn)程的相應(yīng)信息。
(2) 主態(tài)選舉
a) 主態(tài)DDR進(jìn)程選舉
若從態(tài)DDR進(jìn)程收到主DDR進(jìn)程將退出消息MDM消息或超過(guò)規(guī)定時(shí)間，一 般定為2.5 3秒，未收到數(shù)據(jù)一致性檢查消息MCM消息，則認(rèn)為主態(tài)進(jìn)程已不 能正常工作。因此DDR進(jìn)程檢査本機(jī)IP地址和本地活動(dòng)DDR進(jìn)程列表中最小IP 地址的關(guān)系
如果本機(jī)IP地址最小，則認(rèn)為本進(jìn)程應(yīng)切換到主態(tài)，廣播發(fā)送主DDR進(jìn)程 存活消息MEM消息，同時(shí)將本機(jī)DDR進(jìn)程切換為主態(tài)。 如果本機(jī)IP地址不為最小，則不做任何處理。
b) 多主態(tài)DDR進(jìn)程沖突解決
若主態(tài)DDR進(jìn)程收到數(shù)據(jù)一致性檢查消息MCM消息或主態(tài)DDR進(jìn)程存活消 息MEM，則認(rèn)為存在多個(gè)主態(tài)，因此用本機(jī)IP地址和收到的MCM消息的IP地址 比較若本機(jī)IP較大，則認(rèn)為有其它DDR進(jìn)程更適合主態(tài)，將本機(jī)DDR進(jìn)程切 換為從態(tài)；若本機(jī)IP較小，則發(fā)送MEM消息給相應(yīng)DDR進(jìn)程，其它主態(tài)DDR進(jìn) 程作同樣判斷。
(3)數(shù)據(jù)一致性周期性檢査主態(tài)DDR進(jìn)程定期1秒廣播發(fā)送數(shù)據(jù)一致性檢查消息MCM消息，MCM消息 中包含主態(tài)DDR進(jìn)程的每條數(shù)據(jù)的LTS和UID字段，DDR進(jìn)程收到MCM消息后將 作以下處理
a) 主態(tài)DDR進(jìn)程收到MCM消息，則知道出現(xiàn)多個(gè)主態(tài)，啟動(dòng)第(2)步中 的多主態(tài)DDR進(jìn)程沖突解決，最后保證只有一個(gè)主態(tài)進(jìn)程。
b) 每個(gè)從態(tài)DDR進(jìn)程收到MCM消息，則根據(jù)MCM消息中內(nèi)容逐條與本地?cái)?shù) 據(jù)的LTS和UID比較。
如果LTS (MCM) > LTS (local record),則主態(tài)DDR進(jìn)程的該條記錄為 較新版本，向主態(tài)DDR進(jìn)程發(fā)送RDM消息，請(qǐng)求主態(tài)DDR進(jìn)程重傳該條數(shù)據(jù)，主 態(tài)DDR進(jìn)程收到RDM消息后，隨機(jī)延遲0-50毫秒時(shí)間后，用RRM消息廣播該條 數(shù)據(jù)的最新版本數(shù)據(jù)。采用隨機(jī)延遲時(shí)間后發(fā)送RRM消息的目的是將可能收到的 多臺(tái)從態(tài)DDR進(jìn)程的RDM消息壓縮為一次RRM消息應(yīng)答，減少網(wǎng)絡(luò)流量及DDR進(jìn) 程處理時(shí)間。
如果LTS (MCM) < LTS (local record),則主態(tài)DDR進(jìn)程的數(shù)據(jù)為舊版 本，從態(tài)DDR進(jìn)程發(fā)送RRM消息給主態(tài)DDR進(jìn)程，以更新該條數(shù)據(jù)。
如果LTS (MCM) = LTS (local record),并且UID (MCM) ! = ■ (local record),說(shuō)明存在數(shù)據(jù)沖突，但還未被應(yīng)用程序解決，向主態(tài)DDR進(jìn)程發(fā)送RDM 消息，請(qǐng)求主態(tài)重傳該條數(shù)據(jù)，主態(tài)DDR進(jìn)程收到RDM消息后，用RRM消息廣播 該條數(shù)據(jù)的最新版本數(shù)據(jù)。
如果LTS (MCM) = LTS (local record),并且UID (MCM) = UID (local record),說(shuō)明兩者數(shù)據(jù)版本一致，不作任何處理。 (4)數(shù)據(jù)更新
a)當(dāng)應(yīng)用程序需更新某條數(shù)據(jù)時(shí)，調(diào)用DDR接口庫(kù)的數(shù)據(jù)更新Set函數(shù)將 待更新的數(shù)據(jù)發(fā)送給本地DDR進(jìn)程，本地DDR進(jìn)程采用以下算法更新數(shù)據(jù)
i )將該條數(shù)據(jù)的LTS加1， UID更新為調(diào)用進(jìn)程的UID，更新本地的數(shù)據(jù)； ii)向其它DDR進(jìn)程廣播發(fā)送數(shù)據(jù)更新UDM消息；
b) DDR進(jìn)程接收到數(shù)據(jù)更新消息UDM或數(shù)據(jù)重傳應(yīng)答消息RRM消息按以下 算法處理i) 如LTS(UDM) 〈LTS(local record )或LTS (RRM) < LTS (local record), 不做處理；
ii) 如LTS(UDM) 〉 LTS (local record)或LTS (RRM) 〉 LTS (local record) 則用UDM或RRM中的數(shù)據(jù)更新本地對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，包括LTS和UID字段；
iii) 如LTS (UDM) = LTS (local record),并且UID(UDM) UID (local record);或LTS(RRM) = LTS (local record),且UID(RRM) != UID (local record),說(shuō)明產(chǎn)生數(shù)據(jù)更新沖突，按照第(6)步"數(shù)據(jù)更新沖突解決算法"解決 沖突，并記錄詳細(xì)的日志；
iv) 其它情況，則不做處理。
(5) 數(shù)據(jù)更新通知接收到數(shù)據(jù)更新的DDR進(jìn)程發(fā)送數(shù)據(jù)更新通知消息給 本地DDR接口庫(kù)，應(yīng)用程序通過(guò)定時(shí)輪詢或注冊(cè)回調(diào)函數(shù)方式獲得此通知消息。
(6) 數(shù)據(jù)更新沖突解決
當(dāng)DDR進(jìn)程收到UDM或RRM消息時(shí)并檢測(cè)到數(shù)據(jù)更新沖突時(shí)，這時(shí)按下列方 法進(jìn)行處理
a) 將該條數(shù)據(jù)的本地?cái)?shù)據(jù)保存到?jīng)_突數(shù)據(jù)列表中；
b) 用收到的數(shù)據(jù)更新本地相應(yīng)數(shù)據(jù)；
c) 向沖突數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)更新者UID對(duì)應(yīng)的DDR接口庫(kù)發(fā)送數(shù)據(jù)沖突通知消 息，由DDR接口庫(kù)對(duì)應(yīng)的本地應(yīng)用程序解決此沖突；
d) 向本地其它應(yīng)用程序的DDR接口庫(kù)發(fā)送數(shù)據(jù)更新通知。
(7) 數(shù)據(jù)讀取
應(yīng)用程序通過(guò)DDR接口庫(kù)直接從本地共享內(nèi)存中讀取需要的數(shù)據(jù)條數(shù)據(jù)
(8) DDR進(jìn)程退出處于主態(tài)的DDR進(jìn)程退出時(shí)，廣播發(fā)送主DDR進(jìn)程將 退出消息MDM消息，此消息表示整個(gè)進(jìn)程的退出。
權(quán)利要求
1、一種分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)復(fù)制同步方法，其特征在于在需保持?jǐn)?shù)據(jù)同步的每臺(tái)處理機(jī)上運(yùn)行一個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步進(jìn)程，簡(jiǎn)稱(chēng)DDR進(jìn)程，每個(gè)DDR進(jìn)程中保存和維持與其它處理機(jī)上的DDR進(jìn)程相同的數(shù)據(jù)拷貝；同時(shí)，提供一個(gè)函數(shù)接口庫(kù)，簡(jiǎn)稱(chēng)DDR接口庫(kù)，用于應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)同步進(jìn)程DDR進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；DDR進(jìn)程管理的數(shù)據(jù)以條為單位，每條數(shù)據(jù)的空間大小固定為N字節(jié)，共M條數(shù)據(jù)記錄，存儲(chǔ)在一塊連續(xù)的M×N字節(jié)大小、由操作系統(tǒng)提供的共享內(nèi)存中，每一條數(shù)據(jù)內(nèi)容均包括該數(shù)據(jù)的邏輯時(shí)間LTS、更新的應(yīng)用程序編號(hào)UID和用戶數(shù)據(jù)USER DATA三部分，其中應(yīng)用程序編號(hào)UID由處理機(jī)編號(hào)和應(yīng)用程序的進(jìn)程號(hào)PID組成；每個(gè)DDR進(jìn)程定期廣播心跳信息給其它DDR進(jìn)程，以保證在每個(gè)DDR進(jìn)程中維持所有正常運(yùn)行的DDR進(jìn)程的IP地址列表和當(dāng)前的主態(tài)DDR進(jìn)程編號(hào)；整個(gè)DDR進(jìn)程組中只能有一個(gè)主態(tài)DDR進(jìn)程，如果判斷出現(xiàn)2個(gè)以上主態(tài)或無(wú)主態(tài)進(jìn)程時(shí)，則啟動(dòng)主態(tài)選舉算法選舉一個(gè)IP地址最小的處理機(jī)上的DDR進(jìn)程為主態(tài)，其余均為從態(tài)；數(shù)據(jù)復(fù)制步驟包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步進(jìn)程DDR初始化；主態(tài)選舉；數(shù)據(jù)一致性周期性檢查；數(shù)據(jù)更新；數(shù)據(jù)更新通知；數(shù)據(jù)更新沖突解決；數(shù)據(jù)讀取和DDR進(jìn)程退出幾個(gè)部分，其中數(shù)據(jù)讀取是應(yīng)用程序通過(guò)DDR接口庫(kù)直接從本地共享內(nèi)存中讀取某條數(shù)據(jù)，不產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)。
2、 如權(quán)利要求1所述的分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)復(fù)制同步方法，其特征在于所述 數(shù)據(jù)復(fù)制步驟(1) 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步進(jìn)程DDR初始化a) 程序啟動(dòng)，初始化共享內(nèi)存數(shù)據(jù)區(qū)，b) 將進(jìn)程的主從狀態(tài)置為從態(tài)狀態(tài)，c) DDR進(jìn)程啟動(dòng)成功后，周期性向其它DDR進(jìn)程廣播心跳信息HBM，d) 接收其它DDR進(jìn)程心跳信息HBM，并更新本地活動(dòng)列表，如超過(guò)規(guī)定時(shí)間 未收到某個(gè)的心跳消息HBM消息，則在活動(dòng)列表中刪除該進(jìn)程的相應(yīng)信息；(2) 主態(tài)選舉a)主態(tài)DDR進(jìn)程選舉算法若從態(tài)DDR進(jìn)程收到主DDR進(jìn)程將退出消息MDM 消息或超過(guò)規(guī)定時(shí)間未收到數(shù)據(jù)一致性檢査消息MCM消息，則認(rèn)為主態(tài)進(jìn)程已不能正常工作，根據(jù)本地活動(dòng)DDR進(jìn)程列表檢査本進(jìn)程所在處理機(jī)的IP地址是否最小，判斷本進(jìn)程是否應(yīng)切換到主態(tài)，如需切換到主態(tài)，則廣播發(fā)送主DDR進(jìn)程存活消息MEM消息，同時(shí)將本機(jī)DDR進(jìn)程切換為主態(tài)，b)多主態(tài)DDR進(jìn)程沖突解決算法若主態(tài)DDR進(jìn)程收到數(shù)據(jù)一致性檢查消息MCM消息或主態(tài)DDR進(jìn)程存活消息MEM，則認(rèn)為存在多個(gè)主態(tài)，因此用本機(jī)IP地址和收到的MCM消息的IP地址比較若本機(jī)IP較大，則認(rèn)為有其它DDR進(jìn)程更適合主態(tài)，將本機(jī)DDR進(jìn)程切換為從態(tài)，若本機(jī)IP較小，則發(fā)送MEM消息給相應(yīng)DDR進(jìn)程，其它主態(tài)DDR進(jìn)程作同樣判斷；(3) 數(shù)據(jù)一致性周期性檢查主態(tài)DDR進(jìn)程定期廣播發(fā)送數(shù)據(jù)一致性檢査消息MCM，MCM消息中包含主態(tài)DDR進(jìn)程的每條數(shù)據(jù)的LTS和UID字段，DDR進(jìn)程收到MCM消息后將作以下處理-a) 主態(tài)DDR進(jìn)程收到MCM消息，則知道出現(xiàn)多個(gè)主態(tài)，啟動(dòng)第(2)步中的多主態(tài)DDR進(jìn)程沖突解決，從而保證只有一個(gè)主態(tài)進(jìn)程，b) 每個(gè)從態(tài)DDR進(jìn)程收到MCM消息，則根據(jù)MCM消息中內(nèi)容逐條與本地?cái)?shù)據(jù)的LTS和UID比較如果MCM消息中的該條記錄的LTS值較大，說(shuō)明主態(tài)DDR進(jìn)程的數(shù)據(jù)為較新版本，向主態(tài)DDR進(jìn)程發(fā)送數(shù)據(jù)重傳消息RDM，請(qǐng)求主態(tài)重傳該條數(shù)據(jù)，主態(tài)DDR進(jìn)程收到RDM消息后，用數(shù)據(jù)重傳應(yīng)答消息RRM，廣播該條數(shù)據(jù)的最新版本數(shù)據(jù)，如果MCM消息中的該條記錄的LTS值較小，則主態(tài)DDR進(jìn)程的數(shù)據(jù)為舊版本，從態(tài)DDR進(jìn)程發(fā)送RRM消息給主態(tài)DDR進(jìn)程，以更新該條數(shù)據(jù)，如果MCM消息中的該條記錄與本地記錄的LTS值相等，但是兩者UID值不相等，說(shuō)明存在數(shù)據(jù)沖突且還未被應(yīng)用程序解決，向主態(tài)DDR進(jìn)程發(fā)送RDM消息，請(qǐng)求主態(tài)重傳該條數(shù)據(jù)，主態(tài)DDR進(jìn)程收到RDM消息后，用RRM消息廣播該條數(shù)據(jù)的最新版本數(shù)據(jù)，如果MCM消息中的該條記錄與本地記錄的LTS值和UID值均相等，說(shuō)明兩者數(shù)據(jù)版本一致，不作任何處理；(4) 數(shù)據(jù)更新a)當(dāng)應(yīng)用程序需更新某條數(shù)據(jù)時(shí)，調(diào)用DDR接口庫(kù)的提供的更新函數(shù)將更新數(shù)據(jù)發(fā)送給本地DDR進(jìn)程，本地DDR進(jìn)程采用以下算法更新數(shù)據(jù)i )將該條數(shù)據(jù)的LTS加1， UID更新為調(diào)用進(jìn)程的UID，更新本地的數(shù)據(jù)，ii)向其它DDR進(jìn)程廣播發(fā)送數(shù)據(jù)更新UDM消息，以更新該條數(shù)據(jù)；b) DDR進(jìn)程接收到數(shù)據(jù)更新消息UDM按以下算法處理i) 如UDM消息中該條數(shù)據(jù)的LTS值小于本地該條數(shù)據(jù)的LTS值，說(shuō)明本地?cái)?shù)據(jù)較新，不做處理，ii) 如UDM消息中該條數(shù)據(jù)的LTS值大于本地該條數(shù)據(jù)的LTS值，則用UDM中的數(shù)據(jù)更新本地?cái)?shù)據(jù)，包括LTS和UID字段，iii) 如UDM消息中該條數(shù)據(jù)的LTS值等于本地該條數(shù)據(jù)的LTS值，但UID值不相等，說(shuō)明產(chǎn)生數(shù)據(jù)更新沖突，按第(6)步"數(shù)據(jù)更新沖突解決算法"解決沖突，并記錄詳細(xì)的曰志，iv) 其它情況，則不做處理；c) DDR進(jìn)程接收到數(shù)據(jù)重傳應(yīng)答消息RRM按以下算法處理，i) 如RRM消息中該條數(shù)據(jù)的LTS值小于本地該條數(shù)據(jù)的LTS值，說(shuō)明本地?cái)?shù)據(jù)較新，不做處理，ii) 如RRM消息中該條數(shù)據(jù)的LTS值大于本地該條數(shù)據(jù)的LTS值，則用RRM中的數(shù)據(jù)更新本地?cái)?shù)據(jù)，包括LTS和UID字段，iii) 如RRM消息中該條數(shù)據(jù)的LTS值等于本地該條數(shù)據(jù)的LTS值，但UID值不相等，說(shuō)明產(chǎn)生數(shù)據(jù)更新沖突，按第(6)步"數(shù)據(jù)更新沖突解決算法"解決沖突，并記錄詳細(xì)的日志；(5) 數(shù)據(jù)更新通知接收到數(shù)據(jù)更新的DDR進(jìn)程發(fā)送數(shù)據(jù)更新通知消息給本地DDR接口庫(kù)，應(yīng)用程序通過(guò)定時(shí)輪詢或注冊(cè)回調(diào)函數(shù)方式獲得此通知消息；(6) 數(shù)據(jù)更新沖突解決當(dāng)DDR進(jìn)程收到UDM或RRM消息時(shí)并檢測(cè)到數(shù)據(jù)更新沖突時(shí)按下列方法進(jìn)行處理a) 將該條數(shù)據(jù)的本地?cái)?shù)據(jù)保存到?jīng)_突數(shù)據(jù)列表中，b) 用收到的數(shù)據(jù)更新本地相應(yīng)數(shù)據(jù)，c) 向沖突數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)更新消息UID對(duì)應(yīng)的DDR接口庫(kù)發(fā)送數(shù)據(jù)沖突通知消息，由DDR接口庫(kù)對(duì)應(yīng)的本地應(yīng)用程序解決此沖突，d) 向本地其它應(yīng)用程序的DDR接口庫(kù)發(fā)送數(shù)據(jù)更新通知；(7) 數(shù)據(jù)讀取應(yīng)用程序通過(guò)DDR接口庫(kù)直接從本地共享內(nèi)存中讀取某條數(shù)據(jù)；(8) DDR進(jìn)程退出處于主態(tài)的DDR進(jìn)程退出時(shí)，廣播發(fā)送主DDR進(jìn)程將退出消息MDM消息。
3、 如權(quán)利要求1所述的分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)復(fù)制同步方法，其特征在于所述提供一個(gè)函數(shù)接口庫(kù)，用于應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)同步進(jìn)程DDR進(jìn)行數(shù)據(jù)交互是指在DDR接口庫(kù)中有為應(yīng)用程序提供數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)更新、定時(shí)輪詢和注冊(cè)更新通知回調(diào)的接口函數(shù)，DDR接口庫(kù)函數(shù)定義為(1) 獲取數(shù)據(jù)函數(shù)定義為int Get (int nddrNo， char承pUserdata, int nUserdataLength)， 本函數(shù)從本地共享內(nèi)存數(shù)據(jù)中取出第nddrNo條數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)內(nèi)容放入pUserdata中，數(shù)據(jù)最長(zhǎng)為nUserdatalength字節(jié)；(2) 更新數(shù)據(jù)函數(shù)定義為int Set (int nddrNo， const char氺pUserdata， int nUserdataLength)，本函數(shù)將pUserdata中的數(shù)據(jù)更新到本地?cái)?shù)據(jù)拷貝中第nddrNo條數(shù)據(jù)中，數(shù)據(jù)最長(zhǎng)為nUserdataLength字節(jié)；(3) 定時(shí)輪詢函數(shù)定義為int GetNotify (int承changedRecords)，根據(jù)函數(shù)返回有多少條數(shù)據(jù)變化，將變化數(shù)據(jù)的編號(hào)放入changedRecords數(shù)組中，應(yīng)用程序可根據(jù)changedRecords數(shù)組中的數(shù)據(jù)編號(hào)調(diào)用get函數(shù)取得具體的變化的數(shù)據(jù)；(4) 注冊(cè)回調(diào)函數(shù)為int RegisterNotifyCallback (void襯uncptr)， funcptr為形女口 void func(int nRecordNo)函數(shù)指針，nRecordNo為變化的數(shù)據(jù)編號(hào)，當(dāng)有通知消息時(shí)，DDR接口庫(kù)自動(dòng)調(diào)用應(yīng)用程序注冊(cè)的函數(shù)(funcptr)完成相應(yīng)的功能處理。
4、 如權(quán)利要求2所述的分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)復(fù)制同步方法，其特征在于所述心跳消息HBM消息數(shù)據(jù)包括消息順序號(hào)、本機(jī)IP、消息產(chǎn)生時(shí)間、主從狀態(tài)；所述數(shù)據(jù)一致性檢査消息MCM消息數(shù)據(jù)包括消息順序號(hào)、本機(jī)IP、消息產(chǎn)生時(shí)間、每條數(shù)據(jù)的邏輯時(shí)間LTS和應(yīng)用程序編號(hào)UID字段；所述數(shù)據(jù)更新消息UDM消息包括消息順序號(hào)、本機(jī)IP地址、消息產(chǎn)生時(shí)間、更新的數(shù)據(jù)條編號(hào)、邏輯時(shí)間LTS、應(yīng)用程序編號(hào)UID字段和用戶數(shù)據(jù)user datahead禾口 user data^所述數(shù)據(jù)重傳消息RDM消息數(shù)據(jù)包括消息順序號(hào)、本機(jī)IP地址、消息產(chǎn)生時(shí)間、請(qǐng)求重傳數(shù)據(jù)條的編號(hào)；所述數(shù)據(jù)重傳應(yīng)答消息RRM消息數(shù)據(jù)包括消息順序號(hào)、本機(jī)IP地址、消息產(chǎn)生時(shí)間、重傳數(shù)據(jù)條的編號(hào)、邏輯時(shí)間LTS、應(yīng)用程序編號(hào)UID字段和用戶數(shù)據(jù)user data head禾口 user data;所述主DDR進(jìn)程將退出消息MDM消息數(shù)據(jù)包括消息順序號(hào)、本機(jī)IP地址、消息產(chǎn)生時(shí)間；所述主DDR進(jìn)程存活消息MEM消息數(shù)據(jù)包括消息順序號(hào)、本機(jī)IP、消息產(chǎn)生時(shí)間。
全文摘要
分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)復(fù)制同步方法屬計(jì)算機(jī)應(yīng)用。每臺(tái)處理機(jī)上運(yùn)行一個(gè)DDR進(jìn)程，定期廣播心跳信息，保存和維持與其它處理機(jī)上進(jìn)程相同的數(shù)據(jù)拷貝。應(yīng)用程序與DDR進(jìn)程在DDR接口庫(kù)中進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。數(shù)據(jù)以條為單位，存儲(chǔ)在操作系統(tǒng)提供的共享內(nèi)存中，每條數(shù)據(jù)固定為N字節(jié)，M條數(shù)據(jù)記錄，含邏輯時(shí)間、更新應(yīng)用程序編號(hào)和用戶數(shù)據(jù)。整個(gè)DDR進(jìn)程組中只有一個(gè)主態(tài)。復(fù)制步驟包括同步進(jìn)程DDR初始化；主態(tài)選舉；數(shù)據(jù)一致性周期性檢查；數(shù)據(jù)更新；數(shù)據(jù)更新通知；數(shù)據(jù)更新沖突解決；數(shù)據(jù)讀取和DDR進(jìn)程退出。本方法不用數(shù)據(jù)庫(kù)，杜絕了因數(shù)據(jù)庫(kù)宕機(jī)整個(gè)系統(tǒng)不能使用的情況，數(shù)據(jù)讀取不產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)，數(shù)據(jù)更新快，實(shí)時(shí)性、可靠性高，特別適合于實(shí)時(shí)、分布式重大使命系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G06F9/52GK101661408SQ200910167619
公開(kāi)日2010年3月3日 申請(qǐng)日期2009年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月14日
發(fā)明者劉健波, 軍 楊, 波 楊 申請(qǐng)人:四川川大智勝軟件股份有限公司