CN1130633C

CN1130633C - 复制处理器及其异常双态的控制方法

Info

Publication number: CN1130633C
Application number: CN00121050A
Authority: CN
Inventors: 裴胜晥
Original assignee: LG Information and Communications Ltd
Current assignee: Novera Optics Korea Co Ltd
Priority date: 1999-07-14
Filing date: 2000-07-14
Publication date: 2003-12-10
Anticipated expiration: 2020-07-14
Also published as: CN1281183A; KR20010009927A; US6829723B1; KR100324275B1

Abstract

一种复制处理器异常双态的控制方法，该复制处理器用于具有通过网络彼此连接的第一和第二处理器的容错系统，该方法包括：第一步：使用彼此不同的传输周期向另一处理器(成对的)发送第一或第二处理器的自身状态信息；第二步：接收另一处理器提供的心跳并识别另一处理器的状态信息；和第三步：根据另一处理器的状态信息执行复制状态。

Description

复制处理器及其异常双态的控制方法

技术领域

本发明涉及一种通信系统，尤其涉及复制处理器(duplicatingprocessors)和复制处理器异常双态的控制方法。

背景技术

通常，为了提高通信系统业务中的可靠性和稳定性，通过复制(工作模式/备用模式)实现发送数据的硬件路径，其中在初始阶段设置通过其发送数据的工作路径，如果在工作路径中出现干扰，则自动切换到被分开提供的备用路径以继续操作。

然而，通过硬件在物理上构成具有紧密耦合的工作/备用方案的通信系统存在缺点。应当重新设计硬件结构并需要该硬件结构上的一种新操作系统。此外，需要太多的费用和时间来开发一种新的编程语言。

在克服该缺点的一种努力中，如图1所示，最新通信系统被建立为，通过网络和心跳(heartbeat)信号(HB_Tx/HB_Rx)松散连接两个处理器10和20，在处理器之间定期发送和接收的心跳信号由软件用于处理复制状态。

为此，处理器10和20分别包括用于执行复制功能的模块。

参见图2，处理器A10包括输入心跳处理块11、复制FSM(有限状态机)处理块12和输出心跳处理块13。处理器B 20具有相同的结构。

输入心跳处理块11接收来自处理器B 20即另一处理器(成对的)的心跳(HB_Rx)，并将另一处理器20的状态信息转发给复制FSM处理块12。如果在预定时间内未从另一处理器20接收到心跳，它向复制FSM处理块12报告网络干扰或另一处理器停机。

根据心跳(HB_Rx)中所包括的另一处理器20的状态信息或输入心跳处理块11所捕获的切换事件，复制FSM处理块12承担相应的状态转换功能，以便它将其自身与每个状态相对应的状态信息加载到输出心跳处理块13或使输出心跳处理块13在每次状态转换中立即发送一个心跳信号。

根据从复制FSM处理块12提供的状态信息，输出心跳处理块13立即或定期地向另一处理器20发送心跳(HB_Tx)。

图3表示根据常规技术的复制FSM块的状态转换。

现在将参考图3说明根据常规技术的状态转换过程。

由诸如“另一处理器启动”、“另一处理器工作”或“另一处理器超时”的另一处理器状态事件或由诸如“关机命令”、“重启”或“人工转换”的外部事件进行每次状态转换。

首先，当驱动FSM并且完全初始化整个系统上的所有模块时，复制FSM允许“初始”状态转换到“启动”状态。

然后，本处理器确认另一处理器的状态，如果另一处理器也已经启动，本处理器转换到“协商”状态以确定那一侧作为工作处理器提供业务。在“协商”状态中，预先确定两个处理器中的哪一处理器工作。

例如，如果处理器A被设置为工作处理器，每个处理器在“协商”状态中确认自身是否是处理器A，如果任一处理器将自身确认为处理器A，它转换到“工作”状态，否则它转换到“备用”状态。

同时，当处理器A处于“工作”状态时，如果另一处理器处于“工作”状态或者如果出现“人工转换”，则处理器A转换到“备用”状态。并且，如果出现网络错误或干扰，处理器A转换到“等待备用”状态。

当处理器A处于“等待备用”状态时，它确认另一处理器的状态，并且如果另一处理器即处理器B处于“工作”状态，则处理器A转换到“同步”状态，然后当完成同步时转换到“备用”状态，而如果处理器B在“备用”状态中，则处理器A转换到“工作”状态。

同时，在出现“人工转换”或在完成同步之前处理器B“超时”的情况下，处理器A转换到“工作”状态。

当处理器A处于“备用”状态时，如果出现“人工转换”，则处理器A转换到“工作”状态。在另一处理器(处理器B)处于“备用”状态的情况下，处理器A转换到“等待工作”状态并确认另一处理器的状态。如果处理器B处于“备用”状态，则处理器A转换到“工作”状态，否则它转换到“备用”状态。

然而，在如上所述通过网络用软件实现复制的情况下，存在出现网络干扰或诸如电缆或集线器的网络资源出故障或被干扰的可能性。那么，每个处理器将判断另一处理器已经停机，致使两个处理器都变成工作，这使与处理器协同工作的外部网络单元/参与者产生混乱，导致无法执行正常操作的问题。

另外，即使修复故障，在修复故障的瞬间，可能进入异常双态，尽管它是在很少的随机情况下发生。

而且，如果两个处理器都变成“工作”状态，因为它们根据所接收的心跳识别到另一方处于“工作”状态，它自身因此立即转换到“备用”状态。同时，在两个处理器都变成“备用”状态的情况下，因为它们根据所接收的心跳识别到另一方处于“备用”状态，它自身因此立即转换到“等待工作”状态。在另一处理器可能在此时进行同样动作的情况下会遇到这种困难。

如果另一处理器既不是“等待工作”也不是“工作”，它自身转换到“工作”状态。在这一方面，通常，在接收心跳中存在一定程度的时间差，所以可以防止从“等待工作”状态进入双工作状态。

即，在该阶段，在心跳的接收时间间隔中产生差值，以便首先到达“等待工作”状态的一方转换到工作状态，后到达的一方转换到“备用”状态，从而保持正常状态。

然而，如果在完全相同的时间上发送或接收心跳，会不可避免地导致异常双工作/备用状态。那么，可能出现转换成双工作/备用状态的状态波动现象，无法执行正常复制。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供复制处理器和一种异常双态的控制方法，在该方法中，当初始化每个处理器时分配用于生成随机数的不同籽数以生成不同的随机数，使用随机数连续改变心跳的传输周期，从而避免了异常双态。

本发明的另一目的是提供一种用于控制复制处理器的方法，即使由于网络上或系统上的异常出现异常双态时，该方法也能够快速修复异常双态。

为实现这些和其它优点和根据本发明的目的，如在此所实施和广泛说明的，提供一种用于控制复制处理器异常双态的方法，该复制处理器用于具有通过网络彼此连接的第一和第二处理器的容错系统，该方法包括：第一步：使用彼此不同的传输周期向另一处理器发送第一或第二处理器的自身状态信息，其中第一步骤包括子步骤：使用随机数生成一个心跳传输周期；根据所生成的随机周期编制和启动一个定时程序；和在超过用所生成的随机数调整的时间之后向另一处理器发送一个心跳；第二步：接收另一处理器提供的心跳并识别另一处理器的状态信息，其中第二步骤包括子步骤：在预定的时间内等待接收心跳，识别心跳的接收，和如果在预定的时间内未接收到心跳，判断另一处理器已经停机；第三步：根据另一处理器的状态信息执行复制状态。

为了实现上述目的，还提供容错系统中的复制处理器，该容错系统具有通过网络相互连接的第一和第二处理器，其中每个处理器包括输出心跳处理块、输入心跳处理块和复制FSM处理块：所述输出心跳处理块包括一个随机数生成器以连续地改变心跳的传输周期；根据所生成的随机周期编制和启动一个定时程序；和在超过用所生成的随机数调整的时间之后向另一处理器发送一个心跳；所述输入心跳处理块如果在预定的时间内未接收到心跳，则判断另一处理器已经停机，向复制FSM处理块发送停机的相关信息；其中，所述输出心跳处理块用于通过使用彼此不同的传输周期向另一处理器发送包括其自身状态信息的心跳；所述输入心跳处理块用来接收另一处理器提供的心跳并识别另一处理器的状态信息；和所述复制FSM处理块，用于根据另一处理器的状态信息执行复制状态处理。

附图说明

附图图示本发明的实施例并和说明书一起用于解释本发明的原理，附图被包含用以提供本发明的进一步理解并结合和构成本说明书的一部分。

在附图中：

图1是一个方框图，图示根据常规技术和本发明的通过网络的一个系统的简单复制结构；

图2是一个方框图，图示根据常规技术和本发明在每个处理器中执行复制处理的模块；

图3图示根据常规技术和本发明的复制FSM处理块中的复制FSM图；

图4是根据本发明发送输出心跳处理块的一个心跳的处理的流程图；

图5是根据本发明接收输入心跳处理块的一个心跳的处理的流程图。

具体实施方式

现在，将详细参考本发明的优选实施例进行说明，其例子在附图中图示。

用于执行本发明的基本复制系统的结构与图1和2的结构相同，其复制状态转换处理与图3相同，因此将省略其说明。

图4是根据本发明用于发送输出心跳处理块的一个心跳的处理的流程图；和图5是根据本发明用于接收输入心跳处理块的一个心跳的处理的流程图。

现在将参考附图说明根据本发明的用于控制处理器复制状态的处理。

复制处理器A和B 10和20使用相互之间发送和接收的心跳(HB_Tx/HB_Rx)通知另一处理器它自身的状态信息并监视另一处理器的状态。在这一方面，为了生成用于心跳传输间隔的连续差值，生成随机数周期。

为此，首先，当初始化每个处理器10和20时，分配用于不同随机数的籽数以生成随机数，由所生成的随机数调整的时间被用作输出心跳处理块13的心跳传输周期。

为了生成合理调整的周期，应当考虑通过处理器A和B 10和20之间链路的平均传输时间“a”、处理器“b”的平均心跳处理时间和状态转换时间“c”。

在每个处理器从另一处理器接收到第n个心跳之前，每个处理器应当已经完成第n-1个心跳的处理，在指定的时间点上在相应心跳的传输路径中应当最多存在一个心跳消息。

因此，固定周期心跳传输周期“x”应当满足下述公式：0＜(2a+b+c)＜x。并且，假定将改变的心跳传输周期是“p”(可变周期)，和周期改变的最大容限即|p-x|为“Δp”，因为(2a+b+c)变成可包括在“Δp”中的最大值，(2a+b+c)＜x/2。因此，(2a+b+c)应当满足下述公式：0＜2(2a+b+c)＜x。

在这一方面，如果心跳中的变化需要在预定合适的范围内，即在从(x-Δp)到(x+Δp)的范围内，当前心跳应当在下一心跳传输时间内。另外，考虑接收和处理所需的时间，将改变的传输周期“p”应当满足下述公式：x-(2a+b+c)＜p＜x+(2a+b+c)。

因此，-(2a+b+c)＜p-x＜(2a+b+c)，即|p-x|＜(2a+b+c)。在这一方面，根据上述定义，因为Δp＝|p-x|，Δp＜(2a+b+c)。

上述公式可以被扩展成下述公式：(2a+b+c)＜x-(2a+b+c)＜p＜3(2a+b+c)＜x+(2a+b+c)。

因此，周期改变的最大容限’Δp’应当在(2a+b+c)之内，应当在x-(2a+b+c)到x+(2a+b+c)的范围内连续改变实际应用改变的传输周期’p’。

现在将根据以实验为基础的一个实施例说明随机生成处理。

数值“a”、“b”和“c”可以根据系统规范和网络环境而变化。在这种情况下，当系统启动时通过调整来校正配置可以设置这些数值。

在该实验中，使用平均在TX1A系统的基础上简单测量10次的值所获得的值。为了简便，我们使用配置文件作为存储测量值的方式。

　　测试系统：SPARC 10双CPU Unix处理器插接板

　　x：固定心跳周期：500ms

　　a：平均传输时间：14.7ms

　　b：平均心跳处理时间：1.2ms

　　c：平均状态转换时间：2.8ms

　　(2a+b+c)＝33.4ms＞|p-x|

　　在配置文件中，

　　AD.HB.VAR_LIMIT_SEC＝0

　　AD.HB.VAR_LIMIT_USEC＝33400

　　AD.HB.PERIOD_SEC＝0

　　AD.HB.PERIOD_USEC＝500000

　　...
　　变量seed：随机籽数

　　变量hbVatLimit：心跳周期可变化的限制

　　变量x：固定的心跳周期

　　变量prevrange：限制内的旧变化范围

　　变量newrange：限制内新周期上变化的新的可接受范围
        <!-- SIPO <DP n="8"> -->
        <dp n="d8"/>
　　变量p：新改变的心跳周期

　　***上述所有周期相关变量的时间单位是微妙。

　　/*用于系统初始化的伪代码*/

　　将唯一的处理器识别号作为随机籽数并将其分配给一个变量
seed；

　　/*seed＝processor_id；*/

　　用籽数值初始化随机数生成器；

　　/*randomize(seed)；*/

　　读取环境变量VAT_LIMIT_USEC并将其存储到一个变量
hbVarLimit；

　　/*hbVarLimit＝get_parameter(HB.VAR_LIMIT_USEC)；*/

　　读取环境变量PERIOD_USEC并将其存储到一个变量x；

　　/*x＝get_parameter(HB.PERIOD_USEC)；*/

　　初始化变量prevrange；

　　/*prevrange＝0*/

　　/*输出心跳处理块中的伪代码*/

　　{

　　在hbVarLimit的范围内选择随机数并将其分配给变量newrange；

　　/*newrange＝random()％hbVarLimit+1；1～33400*/

　　确定newrange的符号；

　　/*newrange*＝(random()％2？1：-1)；通过将该值除以2，如果余数
为1，它获得正值，而如果余数为0，它获取负值*/

　　将新修改的周期分配给变量x；

　　/*p＝x-prevrange+newrange；校正前一修改值以给出固定周期内的
变化*/

　　取消前一定时程序

　　/*cancel_time(outgoingTimer_)；完成前一定时程序*/

　　编制新定时程序以在p毫秒之后执行sendHeartbeatFunction块；

　　/*outgoingTimer＝schedule_time(thisObject，sendHeartbeatFunction，0
        <!-- SIPO <DP n="9"> -->
        <dp n="d9"/>
，p；sec＝0，usec＝p*/
　　将newrange存储为prevrange

　　/*prevrange＝newrange；*/

　　}

现在将参考图4说明输出心跳处理块13的心跳传输处理，其中通过生成随机数发送心跳。

首先，为了向另一处理器发送复制FSM处理块12提供的状态信息，根据上述处理生成随机数并用于生成心跳的传输周期(S11)。

然后，编制和启动定时程序(S12)，当超过在步骤S11确定的传输时间时(S15)，携带自身状态信息的心跳被发送给另一处理器(S16)，然后返回步骤S11。

当输出心跳处理块13通过上述处理发送心跳时，另一处理器的输入心跳处理块接收心跳并将另一处理器的状态信息通知它自身的复制FSM处理块，如图5所示。

首先，输入心跳处理块编制和启动定时程序(S21)并在预定时间内等待从另一处理器发送的心跳。在这一方面，该预定时间被确定为大于心跳传输周期最大值的一个值。

当输入心跳处理块在预定时间内接收到来自另一处理器的心跳时(S22)，它停止定时程序(S24)并向复制FSM处理块发送所接收的另一处理器的状态信息(S25)，并返回步骤S21。

同时，如果直到超过预定时间时另一处理器未发送心跳，输入心跳处理块判断另一处理器已经停机，向复制FSM块发送停机的相关信息(S25)。

如前所述，根据本发明用于控制复制处理器的方法，当两个处理器启动时，分配用于随机数的不同籽数以生成不同的随机数，并使用该随机数连续改变心跳传输周期来使两个处理器之间心跳的发送和接收时间不同。因此，可防止出现异常双态转换，即在由两个处理器同时接收心跳时可能出现的重复执行双ACTIVE(工作)和双STANDBY(备用)的状态波动现象。

另外，在修复网络相关故障时，因为彼此不同地改变两个处理器的每个传输周期，所以可确保迅速修复。

因为在不脱离本发明的精神或实质特征的情况下可以以多种形式实施本发明，还应当理解上述实施例不受上述说明书任何细节的限制，除非另作说明，应当在权利要求书所定义的精神和范围内更广泛地解释，因此落入权利要求书的范围或等价范围之内的所有修改和变型将因此包含在权利要求书的范围之内。

Claims

1.一种复制处理器异常双态的控制方法，该复制处理器用于具有通过网络彼此连接的第一和第二处理器的容错系统，该方法包括：

第一步：使用彼此不同的传输周期向另一处理器发送第一或第二处理器的自身状态信息，其中第一步骤包括子步骤：

使用随机数生成一个心跳传输周期；

根据所生成的随机周期编制和启动一个定时程序；和

在超过用所生成的随机数调整的时间之后向另一处理器发送一个心跳；

第二步：接收另一处理器提供的心跳并识别另一处理器的状态信息，其中第二步骤包括子步骤：

在预定的时间内等待接收心跳，

识别心跳的接收，和

如果在预定的时间内未接收到心跳，判断另一处理器已经停机；

第三步：根据另一处理器的状态信息执行复制状态。

2.根据权利要求1的方法，其中当生成随机数时，为了使第一和第二处理器具有彼此不同调整的周期，在初始化系统时，彼此分配用于随机数的不同籽数。

3.根据权利要求1的方法，还包括步骤：在超过由所生成的随机数调整的周期之前出现状态改变的情况下，停止定时程序，并立即向另一处理器发送一个相应的心跳。

4.根据权利要求1的方法，其中确定由所生成的随机数调整的心跳周期，以便在指定的时间点上在相应的心跳传输路径中最多存在一个心跳消息。

5.根据权利要求3的方法，其中考虑相应的心跳传输时间、心跳处理时间和状态转换时间，通过使用从固定心跳传输周期改变的值确定用所生成的随机数调整的心跳周期。

6.根据权利要求5的方法，其中假定固定心跳传输周期是“x”，心跳传输时间是“a”，心跳处理时间是“b”和状态转换时间是“c”，可变心跳传输周期被确定在从x-(2a+b+c)到x+(2a+b+c)的范围内。

7.根据权利要求1的方法，其中预定的时间是指一个值，该值大于用所生成的随机数调整的用于心跳传输的周期可保持的最大值。

8.容错系统中的复制处理器，该系统具有通过网络相互连接的第一和第二处理器，其中每个处理器包括输出心跳处理块、输入心跳处理块和复制FSM处理块：

所述输出心跳处理块包括一个随机数生成器以连续地改变心跳的传输周期；根据所生成的随机周期编制和启动一个定时程序；和在超过用所生成的随机数调整的时间之后向另一处理器发送一个心跳；

所述输入心跳处理块如果在预定的时间内未接收到心跳，则判断另一处理器已经停机，向复制FSM处理块发送停机的相关信息；

其中，所述输出心跳处理块用于通过使用彼此不同的传输周期向另一处理器发送包括其自身状态信息的心跳；

所述输入心跳处理块用来接收另一处理器提供的心跳并识别另一处理器的状态信息；和

所述复制FSM处理块，用于根据另一处理器的状态信息执行复制状态处理。

9.根据权利要求8的处理器，其中当生成随机周期时，为了使第一和第二处理器具有彼此不同调整的周期，当初始化系统时，彼此分配用于随机数的不同籽数。

10.根据权利要求8的处理器，其中确定用所生成的随机数调整的心跳周期，以便在指定的时间点上在相应的心跳传输路径中最多存在一个心跳消息。

11.根据权利要求8的处理器，其中考虑相应的心跳传输时间、心跳处理时间和状态转换时间，使用从固定心跳传输周期改变的值确定用所生成的随机数调整的心跳周期。

12.根据权利要求11的处理器，其中假定固定心跳传输周期是“x”，心跳传输时间是“a”，心跳处理时间是“b”和状态转换时间是“c”，可变的心跳传输周期被确定在从x-(2a+b+c)到x+(2a+b+c)的范围内。