基于Linux等不同操作系統(tǒng)實現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)的設(shè)計

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，大量數(shù)據(jù)的處理對于計算機的性能要求越來越高，一般的計算機很難滿足快速處理數(shù)據(jù)的要求，同時，計算機病毒的肆虐對數(shù)據(jù)安全構(gòu)成嚴重的威脅。本文設(shè)計一種基于不同操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化的處理系統(tǒng)用于解決這些問題。

1、系統(tǒng)概述

該系統(tǒng)是一個包含不同體系結(jié)構(gòu)的計算機和操作系統(tǒng)的異構(gòu)系統(tǒng)。在系統(tǒng)中數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、存儲服務(wù)器和數(shù)據(jù)處理服務(wù)器為運行Linux操作系統(tǒng)的服務(wù)器，控制服務(wù)器為運行Windows Server 2003的服務(wù)器，終端計算機為運行Windows XP操作系統(tǒng)的工作站。從系統(tǒng)工作流程的角度來看，一個工作流程的實現(xiàn)往往需要多個服務(wù)器的參與，由此可見，系統(tǒng)本身是一個分布式的系統(tǒng)。系統(tǒng)中的軟件和軟件之間常常存在相互調(diào)用的關(guān)系，一部分調(diào)用關(guān)系通過分系統(tǒng)的任務(wù)調(diào)度完成，另一部分則通過軟件模塊與軟件模塊之間的直接調(diào)用完成。服務(wù)器端軟件和客戶端軟件通過千兆以太網(wǎng)通信，采用TCP／IP協(xié)議，相互之間傳遞的消息采用XML（擴展標記語言）格式描述。

2 、系統(tǒng)設(shè)計與工作原理

在系統(tǒng)的設(shè)計中，采用運行控制、數(shù)據(jù)處理和系統(tǒng)監(jiān)控彼此相對獨立的機制。系統(tǒng)的人機交互采用“分布式部署，集中式操作”的原則進行設(shè)計。在處理系統(tǒng)的實際運行中，大部分產(chǎn)品生產(chǎn)流程由在后臺運行的服務(wù)程序完成。用戶通過終端計算機對運行在其他服務(wù)器上的服務(wù)程序進行監(jiān)控，在必要的情況下進行人工干預(yù)，這一過程通過遠程調(diào)用實現(xiàn)。一般情況下，用戶不需要登錄各服務(wù)器分別執(zhí)行監(jiān)控和管理操作，只通過終端工作站即可完成整個處理系統(tǒng)的監(jiān)控和管理。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1所示。其設(shè)計功能的主要說明見表1。

PNode（數(shù)據(jù)處理服務(wù)器）通過千兆以太網(wǎng)絡(luò)與CNode（控制服務(wù)器）、DNode（數(shù)據(jù)庫服務(wù)器）相連接，并通過光纖網(wǎng)絡(luò)和SNode（存儲服務(wù)器）相連接。各種數(shù)據(jù)處理軟件以服務(wù)的形式運行在各個處理服務(wù)器上，對應(yīng)于每一種類型的數(shù)據(jù)處理任務(wù)，控制服務(wù)器上會有對應(yīng)的消息隊列，而各種數(shù)據(jù)處理軟件時刻監(jiān)視著對應(yīng)的消息隊列，當有任務(wù)來到時，對應(yīng)的處理軟件會將此任務(wù)取到本地計算機上進行處理。在處理此任務(wù)的過程中，處理軟件通過千兆以太網(wǎng)訪問DNode來獲得元數(shù)據(jù)信息（如存儲地址、處理狀態(tài)等），通過光纖網(wǎng)絡(luò)從SNode上來獲取原始數(shù)據(jù)并進行處理。在處理完成后，處理軟件將新產(chǎn)生的元數(shù)據(jù)信息通過千兆以太網(wǎng)存儲到DNode上的數(shù)據(jù)庫中，而將產(chǎn)品數(shù)據(jù)通過光纖網(wǎng)絡(luò)存儲到SNode上的存儲系統(tǒng)中。

3、系統(tǒng)之間通信的實現(xiàn)

在不同的操作系統(tǒng)之間的通信是本系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，這里采用消息隊列的形式通過消息傳輸中間件來實現(xiàn)。消息隊列為構(gòu)造以同步或異步方式實現(xiàn)的分布式應(yīng)用提供了松耦合方法。消息隊列的API調(diào)用被嵌入到新的或現(xiàn)存的應(yīng)用中，通過消息發(fā)送到內(nèi)存或基于磁盤的隊列或從它讀出而提供信息交換。消息隊列可用在應(yīng)用中以執(zhí)行多種功能，比如要求服務(wù)、交換信息或異步處理等。

消息傳輸中間件消息中間件（MOM）是一種獨立的系統(tǒng)軟件或服務(wù)程序，分布式應(yīng)用系統(tǒng)借助這種軟件在不同的技術(shù)之間共享資源，管理計算資源和網(wǎng)絡(luò)通訊。它在計算機系統(tǒng)中是一個關(guān)鍵軟件，能實現(xiàn)應(yīng)用的互連和互操作性，且保證系統(tǒng)安全、可靠、高效地運行。MOM位于用戶應(yīng)用和操作系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)軟件之間，它為應(yīng)用提供了公用的通信手段，并且獨立于網(wǎng)絡(luò)和操作系統(tǒng)。中間件簡化了應(yīng)用之間數(shù)據(jù)的傳輸，屏蔽底層異構(gòu)操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)平臺，為開發(fā)者提供一致的通訊標準和應(yīng)用程序接口，當應(yīng)用程序中嵌入其函數(shù)調(diào)用，它便可利用其運行的特定操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的功能，為應(yīng)用執(zhí)行通信功能。消息中間件有很多種，其中IBM消息中間件MQ以其獨特的安全機制、可擴展性和跨平臺性，以及強大的事務(wù)處理能力和消息通訊能力，成為消息中間件產(chǎn)品的佼佼者。

MQ（消息中間件的一種，由IBM公司開發(fā)）的基本原理如圖2所示。

首先來看本地通訊的情況，應(yīng)用程序A和應(yīng)用程序B運行于同一系統(tǒng)A，它們之間可以借助消息隊列技術(shù)進行彼此的通訊：應(yīng)用程序A向隊列1發(fā)送一條信息，而當應(yīng)用程序B需要時就可以得到該信息。

其次是遠程通訊的情況，如果信息傳輸?shù)哪繕烁臑樵谙到y(tǒng)B上的應(yīng)用程序C，這種變化不會對應(yīng)用程序A產(chǎn)生影響，應(yīng)用程序A向隊列2發(fā)送一條信息，系統(tǒng)A的MQ發(fā)現(xiàn)消息隊列2所指向的目的隊列實際上位于系統(tǒng)B，它將信息放到本地的一個特殊隊列——傳輸隊列（Transmission Queue）。建立一條從系統(tǒng)A到系統(tǒng)B的消息通道，消息通道代理將從傳輸隊列中讀取消息，并傳遞這條信息到系統(tǒng)B，然后等待確認。只有MQ接到系統(tǒng)B成功收到信息的確認之后，它才從傳輸隊列中真正將該信息刪除。如果通訊線路不通，或系統(tǒng)B不在運行，信息會留在傳輸隊列中，直到被成功地傳送到目的地。這是MQ最基本、最重要的技術(shù)，能確保信息傳輸，并且是一次且僅一次（once and only once）的傳遞。通過消息傳輸中間件MQ就能實現(xiàn)服務(wù)器之間的通信。

4、結(jié) 語

通過該設(shè)計能夠確保裝有不同操作系統(tǒng)的各種服務(wù)器能夠在本系統(tǒng)中正常工作，同時使用消息隊列實現(xiàn)系統(tǒng)模塊之間的通信便于擴展系統(tǒng)的處理能力，能大大提升數(shù)據(jù)處理速度。最重要的是異構(gòu)系統(tǒng)的設(shè)計使工作站中的基于Windows XP操作系統(tǒng)的各種*很難在Linux處理系統(tǒng)的服務(wù)器上發(fā)揮作用，保證了數(shù)據(jù)的安全，所以具有較高的安全性。

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