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CN115426250B - 一种用于靶场指控的双机热备切换方法及装置 - Google Patents

一种用于靶场指控的双机热备切换方法及装置 Download PDF

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CN115426250B CN202211033711.XA CN202211033711A CN115426250B CN 115426250 B CN115426250 B CN 115426250B CN 202211033711 A CN202211033711 A CN 202211033711A CN 115426250 B CN115426250 B CN 115426250B
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Abstract

本发明公开一种适用于靶场指控的双机热备切换方法及装置，属于靶场指控技术领域。双机热备装置包含数据管理模块：配置管理、日志管理；数据处理模块：消息发送、主机状态评估、主备状态切换；数据显示模块：主备状态显示、资源监控；数据接口模块：主备状态获取接口。在不增加物理链路和服务器网卡等硬件的情况下，装置可以部署任意两台网络连通的服务器。本发明提出了自动切换和手动切换两种切换模式满足不同需求，通过结合预先设定阈值、资源消耗率和指控软件运行状态的评估方法触发主备自动切换模式，根据不同情况预先定义的不同消息类型，使得双机热备装置正常稳定工作。

Description

一种用于靶场指控的双机热备切换方法及装置
技术领域
本发明涉及靶场指控领域，提出了一种适用于靶场指控的双机热备切换方法及装置。
背景技术
由于靶场指控软件的特殊性，指控软件在运行时必须考虑自主研发、高可用同时也需要兼顾运维简单的问题。实际中，靶场内设备、网络拓扑固定，无法增加或删除。靶场内网属于局域网具备网络链路带宽大，报文转发路径固定，丢包率低的特点。因此靶场内双机热备需要考虑在现有条件下部署，不能额外新增硬件设备，尽量少增加软件设备，结合实际可以暂不考虑丢包问题。现有指控软件通常同时部署在不同区域的两台服务器中通过热备的方式实现高可用，但是如何将自主研发的指控软件应用于双机热备系统中以及如何针对靶场指控软件的特点进行主备切换仍是一个有待解决的问题。
一种主备服务切换方法及装置(CN201610831260.2)在确定需要执行主备切换时，通过统计并发压力测试的每秒传输事务数以选择性能状态较好的备服务升为主服务。该方法中的并发压力测试适用于存在多台备机的场景且测试存在额外时间开销，不适合运用在实时性要求严的靶场指控领域。同时考虑到指控软件运维简单以及指控软件需要进行主备切换概率较小的问题，通常指控软件只会部署在两台主机上。一种主备切换方法及装置(CN201811250445.X)中的服务器端接收应用端发送的域名服务切换请求，并根据域名服务切换请求，对目标对象进行主备状态切换并生成切换结果，以及向应用端发送切换结果。该方法主要适用于互联网中的复杂应用系统，无法适用于靶场指控领域，同时未给出主备切换的评判标准。一种双机热备容灾的软件自动切换控制方法(CN202110207402.9)通过使用主业务链路，备业务链路和心跳链路三条链路以及优先级等控制策略实现双机热备，但是三条链路会增加网络故障率，运维难度增加，主备切换的评判标准简单，操作复杂，不具备实时监控功能，同时在靶场环境下通常不具有提供三条链路条件。综上，目前有很多关于主备切换的专利，但针对靶场指控领域存在以下问题：
(1)无法适用于靶场指控领域。现有方法没有考虑靶场指控领域的高可用、实时性强、内网网络带宽质量好，主备服务器物理距离不确定等特点。
(2)自主可控性。由于靶场指控的特殊性，需要在双机热备系统中做到全流程自主可控。
(3)运维复杂。在靶场中，由于运维人员经常更换，所以双机热备装置需要操作简单，监控完备，才能方便操作人员运维。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于靶场指控的双机热备切换方法及装置，用于解决靶场指控中，任意两台网络连通的服务器在不增加物理链路，服务器网卡等情况下可以实现双机热备的技术问题，同时可以实现主备机状态实时监控、主备机状态显示、指控软件主备切换等功能。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种用于靶场指控的双机热备切换装置，包括数据管理模块、数据处理模块、数据显示模块、数据接口模块；
数据管理模块包括配置管理模块和日志管理模块；配置管理模块用于配置预先设定的信息，设定的信息包括主备机IP地址信息、主备机心跳间隔、心跳数据包超时时间、指控软件路径、数据监控配置信息、主机状态评估配置信息；日志管理模块用于保存双机热备装置中关键事件；
数据处理模块包括主备状态切换模块、主机状态评估模块、消息发送模块；主备状态切换模块分为自动切换与手动切换两种模式，用于改变主备机状态；主机状态评估模块用于依据数据监控模块提供的数据实时评估主机状态；消息发送模块用于主备机之间发送不同消息类型，保障双机热备装置工作正常和稳定；
数据显示模块包括资源监控模块、主备状态显示模块；资源监控模块用于监控显示主备机资源消耗情况；根据靶场指控特点其监控资源包括：CPU利用率、内存利用率、磁盘利用率、CPU核心温度、指控软件运行状态；主备状态显示模块用于显示主备机状态信息，用于掌握双机热备装置运行信息；主备状态信息显示本机IP地址，主或者备状态，主机状态评估分数，心跳个数，指控软件运行状态、路径，双机之间网络时延；
数据接口模块为主备状态获取接口模块；用于给指控软件提供接口，使得指控软件获知本机主备状态；指控软件需要获取本机主备状态，使得不同状态的主备指控软件有不同的操作；获取本机主备状态的方式是双机热备装置在固定路径建立一个存储文件，存储文件内容中实时更新本机主备状态，指控软件实时读取存储文件内容以获取主备状态；或者通过动态链接库方式实现获取本机主备状态。
一种利用双机热备切换装置进行双机热备的方法，包括如下步骤：
S1、配置预先在配置管理模块中设定的信息，并在配置管理模块中预先配置需要监控的资源信息的权值；备机定期向主机发送资源信息消息包；主机也需定期获取本机相同的资源信息数据；
S2、采用资源监控模块监控显示主备机资源消耗情况；主备状态显示模块实时显示主备机状态信息，并依据监控数据在主机上根据资源信息绘制曲线图，可视化判断主备机资源消耗情况；
S3、主备机之间利用消息发送模块发送不同消息类型，保障双机热备装置工作正常和稳定；
在双机热备切换装置装置启动时进行选主操作，采用原则为谁先启动谁为主机；假设有A、B两台服务器，A服务器上双机热备装置启动时，发送消息类型1数据包，如果在某个时间范围内没有收到消息类型2，则A为主机并对外发送消息类型2，反之则A为备机，一旦确定自身状态后将停止发送消息类型1；
消息类型1:装置启动时必须向对方发送此消息，以确定自身状态；
消息类型2:主机向备机发送心跳数据包，备机无需回复此数据包；
消息类型3:当备机在一定时间范围内未收到消息类型2时，备机切换为主机，备机将向对方发送此类型消息；对方收到后无需回复，但需检查自身状态，如果自身为主机，则应切换为备机；
消息类型4:主机主动发送此消息以检测备机状态；
消息类型5:备机对消息类型4的回复；
消息类型6:主机主动向备机发送此消息，主机发送后，立即切换为备机；备机收到后，立即切换为主机；
消息类型7:备机向主机发送资源消耗情况；
S4、主机状态评估模块依据数据监控模块提供的数据实时评估主机状态；
实时评估主机状态方法为：
设主机CPU利用率为A1、内存利用率为A2、磁盘利用率为A3、CPU核心温度A4，备机相应为B1、B2、B3、B4；主机中指控软件运行状态为K，不正常取值为0，正常取值为1则
λi＝Bi/Ai (1)
其中fi为单项资源消耗评估分数，i取值为1,2,3,4；
根据在配置管理中配置的权重值w，得到主机状态评估分数F；
F＝K∑wifi(i＝1,2,3,4) (3)
其中权重值∑wi＝1；此方法中主机状态评估分数最高分为100，最低分为0；
S5、判断是否需要改变主备机状态；如果需要切换，进行手动或自动主备机切换模式，并将相关日志信息存储在日志管理模块中；若不需要改变则回到步骤S2继续监控；
在自动切换模式中，根据主机状态评估分数和配置管理信息中设置的分数阈值综合判定，一旦达到阈值之下主机发送消息类型4，在收到消息类型5后，发送消息类型6；如若没收到消息类型5，则发出警告信息；
在手动切换模式中，主机发送消息类型4，在收到消息类型5后，发送消息类型6；如若没收到消息类型5，则发出手动切换失败信息。
进一步的，步骤S2中日志信息存储如下信息，
主机保存日志信息：切换为主机时间，消息类型1发送/收到时间、内容，消息类型2发送时间、内容，消息类型4发送时间、内容，消息类型5收到时间、内容，消息类型6发送时间、内容，主机切换备机时间，手动切换时间以及成功与否，自动切换时时间以及切换时刻时状态评估中瞬时状态、状态评估分数；
备机保存日志信息：切换为备机时间，消息类型1发送/收到时间、内容，消息类型2收到时间、内容，消息类型5发送时间、内容，备机切换主机时间。
进一步的，为减小网络拥堵概率，消息发送模块采用UDP协议实现。
本发明相比于现有技术的有效收益如下：
(1)本发明针对靶场指控领域提出了一种双机热备装置。包含数据管理模块用于配置预先设定信息和保存关键事件，数据处理模块用于主备切换、实时评估主机状态和发送不同消息类型包，数据显示模块用于显示主备机资源消耗情况和显示主备机状态，数据接口模块提供外部应用接口。双机热备装置功能满足靶场指控领域要求，可以部署在任意两台网络连通的服务器而不需要增加物理链路和服务器网卡，配置简单，能实时监控主备机资源消耗，方便操作人员运维。
(2)本发明针对靶场指控领域的双机热备装置提出了一种主备切换方法，具备自动切换和手动切换两种切换模式满足不同需求。通过预先设定阈值、资源消耗率和指控软件运行状态的评估方法触发自动切换模式，可以减少运维操作，保障指控软件高可用。根据不同情况在主备机间发送预先定义的不同消息类型，可以保障双机热备工作稳定，主备切换正常。
附图说明
图1为本发明双机热备装置模块示意图；
图2为本发明双机热备装置主备切换流程；
图3为本发明配置管理界面；
图4为本发明主机状态界面；
图5为本发明备机状态界面。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行进一步的解释和说明。
本发明的一种用于靶场指控的双机热备切换装置如图1所示，包括数据管理模块、数据处理模块、数据显示模块、数据接口模块；
数据管理模块包括配置管理模块和日志管理模块；配置管理模块用于配置预先设定的信息，设定的信息包括主备机IP地址信息、主备机心跳间隔、心跳数据包超时时间、指控软件路径、数据监控配置信息、主机状态评估配置信息；日志管理模块用于保存双机热备装置中关键事件；如图3所示。
数据处理模块包括主备状态切换模块、主机状态评估模块、消息发送模块；主备状态切换模块分为自动切换与手动切换两种模式，用于改变主备机状态；主机状态评估模块用于依据数据监控模块提供的数据实时评估主机状态；消息发送模块用于主备机之间发送不同消息类型，保障双机热备装置工作正常和稳定；
数据显示模块包括资源监控模块、主备状态显示模块；资源监控模块用于监控显示主备机资源消耗情况；根据靶场指控特点其监控资源包括：CPU利用率、内存利用率、磁盘利用率、CPU核心温度、指控软件运行状态；主备状态显示模块用于显示主备机状态信息，用于掌握双机热备装置运行信息；主备状态信息显示本机IP地址，主或者备状态，主机状态评估分数，心跳个数，指控软件运行状态、路径，双机之间网络时延；如图4、5所示。
数据接口模块为主备状态获取接口模块；用于给指控软件提供接口，使得指控软件获知本机主备状态；指控软件需要获取本机主备状态，使得不同状态的主备指控软件有不同的操作；获取本机主备状态的方式是双机热备装置在固定路径建立一个存储文件，存储文件内容中实时更新本机主备状态，指控软件实时读取存储文件内容以获取主备状态；或者通过动态链接库方式实现获取本机主备状态。
一种利用双机热备切换装置进行双机热备的方法，包括如下步骤：
S1、配置预先在配置管理模块中设定的信息，并在配置管理模块中预先配置需要监控的资源信息的权值；备机定期向主机发送资源信息消息包；主机也需定期获取本机相同的资源信息数据；
S2、采用资源监控模块监控显示主备机资源消耗情况；主备状态显示模块实时显示主备机状态信息，并依据监控数据在主机上根据资源信息绘制曲线图，可视化判断主备机资源消耗情况；
步骤S2中日志信息存储如下信息，
主机保存日志信息：切换为主机时间，消息类型1发送/收到时间、内容，消息类型2发送时间、内容，消息类型4发送时间、内容，消息类型5收到时间、内容，消息类型6发送时间、内容，主机切换备机时间，手动切换时间以及成功与否，自动切换时时间以及切换时刻时状态评估中瞬时状态、状态评估分数；
备机保存日志信息：切换为备机时间，消息类型1发送/收到时间、内容，消息类型2收到时间、内容，消息类型5发送时间、内容，备机切换主机时间。
S3、主备机之间利用消息发送模块发送不同消息类型，保障双机热备装置工作正常和稳定；
为减小网络拥堵概率，消息发送模块采用UDP协议，消息类型1-6发送协议格式如表1所示，消息类型7发送协议格式如表2所示。由于靶场内网网络环境良好，本方法不考虑物理链路中断、堵塞问题。
表1消息类型1-6数据包协议格式
表2消息类型7数据包协议格式
在双机热备切换装置装置启动时进行选主操作，采用原则为谁先启动谁为主机；假设有A、B两台服务器，A服务器上双机热备装置启动时，发送消息类型1数据包，如果在某个时间范围内没有收到消息类型2，则A为主机并对外发送消息类型2，反之则A为备机，一旦确定自身状态后将停止发送消息类型1；
消息类型1:装置启动时必须向对方发送此消息，以确定自身状态；
消息类型2:主机向备机发送心跳数据包，备机无需回复此数据包；
消息类型3:当备机在一定时间范围内未收到消息类型2时，备机切换为主机，备机将向对方发送此类型消息；对方收到后无需回复，但需检查自身状态，如果自身为主机，则应切换为备机；
消息类型4:主机主动发送此消息以检测备机状态；
消息类型5:备机对消息类型4的回复；
消息类型6:主机主动向备机发送此消息，主机发送后，立即切换为备机；备机收到后，立即切换为主机；
消息类型7:备机向主机发送资源消耗情况；
S4、主机状态评估模块依据数据监控模块提供的数据实时评估主机状态；
实时评估主机状态方法为：
设主机CPU利用率为A1、内存利用率为A2、磁盘利用率为A3、CPU核心温度A4，备机相应为B1、B2、B3、B4；主机中指控软件运行状态为K，不正常取值为0，正常取值为1则
λi＝Bi/Ai (1)
其中fi为单项资源消耗评估分数，i取值为1,2,3,4；
根据在配置管理中配置的权重值w，得到主机状态评估分数F；
F＝K∑wifi(i＝1,2,3,4) (3)
其中权重值∑wi＝1；此方法中主机状态评估分数最高分为100，最低分为0；
S5、判断是否需要改变主备机状态；如果需要切换，进行手动或自动主备机切换模式，并将相关日志信息存储在日志管理模块中；若不需要改变则回到步骤S2继续监控；如图2所示；
在自动切换模式中，根据主机状态评估分数和配置管理信息中设置的分数阈值综合判定，一旦达到阈值之下主机发送消息类型4，在收到消息类型5后，发送消息类型6；如若没收到消息类型5，则发出警告信息；
在手动切换模式中，主机发送消息类型4，在收到消息类型5后，发送消息类型6；如若没收到消息类型5，则发出手动切换失败信息。
以上是本发明的较佳实施例，并非是对本发明作其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。凡依本发明技术方案所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种用于靶场指控的双机热备切换装置，其特征在于，包括数据管理模块、数据处理模块、数据显示模块、数据接口模块；
所述数据管理模块包括配置管理模块和日志管理模块；所述配置管理模块用于配置预先设定的信息，设定的信息包括主备机IP地址信息、主备机心跳间隔、心跳数据包超时时间、指控软件路径、数据监控配置信息、主机状态评估配置信息；所述日志管理模块用于保存双机热备切换装置中关键事件；
所述数据处理模块包括主备状态切换模块、主机状态评估模块、消息发送模块；所述主备状态切换模块分为自动切换与手动切换两种模式，用于改变主备机状态；所述主机状态评估模块用于依据数据监控模块提供的数据实时评估主机状态；所述消息发送模块用于主备机之间发送不同消息类型，保障双机热备切换装置工作正常和稳定；
所述数据显示模块包括资源监控模块、主备状态显示模块；所述资源监控模块用于监控显示主备机资源消耗情况；根据靶场指控特点其监控资源包括：CPU利用率、内存利用率、磁盘利用率、CPU核心温度、指控软件运行状态；所述主备状态显示模块用于显示主备机状态信息，用于掌握双机热备切换装置运行信息；主备状态信息显示本机IP地址，主或者备状态，主机状态评估分数，心跳个数，指控软件运行状态、路径，双机之间网络时延；
所述数据接口模块为主备状态获取接口模块；用于给指控软件提供接口，使得指控软件获知本机主备状态；所述指控软件需要获取本机主备状态，使得不同状态的主备指控软件有不同的操作；获取本机主备状态的方式是双机热备切换装置在固定路径建立一个存储文件，存储文件内容中实时更新本机主备状态，指控软件实时读取存储文件内容以获取主备状态；或者通过动态链接库方式实现获取本机主备状态。
2.一种用于靶场指控的双机热备切换方法，其特征在于，利用如权利要求1所述的双机热备切换装置进行双机热备，包括如下步骤：
S1、配置预先在配置管理模块中设定的信息，并在配置管理模块中预先配置需要监控的资源信息的权值；备机定期向主机发送资源信息消息包；主机也需定期获取本机相同的资源信息数据；
S2、采用资源监控模块监控显示主备机资源消耗情况；主备状态显示模块实时显示主备机状态信息，并依据监控数据在主机上根据资源信息绘制曲线图，可视化判断主备机资源消耗情况；
S3、主备机之间利用消息发送模块发送不同消息类型，保障双机热备切换装置工作正常和稳定；
在双机热备切换装置启动时进行选主操作，有A、B两台服务器，两个服务器上均设置有双机热备切换装置，采用原则为谁先启动谁为主机；A服务器上双机热备切换装置启动时，发送消息类型1数据包，如果在某个时间范围内没有收到消息类型2，则A为主机并对外发送消息类型2，反之则A为备机，一旦确定自身状态后将停止发送消息类型1；
消息类型1:装置启动时必须向对方发送此消息，以确定自身状态；
消息类型2:主机向备机发送心跳数据包，备机无需回复此数据包；
消息类型3:当备机在一定时间范围内未收到消息类型2时，备机切换为主机，备机将向对方发送此类型消息；对方收到后无需回复，但需检查自身状态，如果自身为主机，则应切换为备机；
消息类型4:主机主动发送此消息以检测备机状态；
消息类型5:备机对消息类型4的回复；
消息类型6:主机主动向备机发送此消息，主机发送后，立即切换为备机；备机收到后，立即切换为主机；
消息类型7:备机向主机发送资源消耗情况；
S4、主机状态评估模块依据数据监控模块提供的数据实时评估主机状态；
实时评估主机状态方法为：
设主机CPU利用率为A1、内存利用率为A2、磁盘利用率为A3、CPU核心温度A4，备机CPU利用率为B1、内存利用率为B2、磁盘利用率为B3、CPU核心温度B4；主机中指控软件运行状态为K，不正常取值为0，正常取值为1则
λi＝Bi/Ai (1)
其中fi为单项资源消耗评估分数，i取值为1,2,3,4；
根据在配置管理中配置的权重值w，得到主机状态评估分数F；
F＝K∑wifi (i＝1,2,3,4) (3)
其中权重值∑wi＝1；此方法中主机状态评估分数最高分为100，最低分为0；
S5、判断是否需要改变主备机状态；如果需要切换，就进行手动或自动主备机切换模式，并将相关日志信息存储在日志管理模块中；若不需要改变则回到步骤S2继续监控；
在自动切换模式中，根据主机状态评估分数和配置管理信息中设置的分数阈值综合判定，一旦达到阈值之下主机发送消息类型4，在收到消息类型5后，发送消息类型6；如若没收到消息类型5，则发出警告信息；
在手动切换模式中，主机发送消息类型4，在收到消息类型5后，发送消息类型6；如若没收到消息类型5，则发出手动切换失败信息。
3.根据权利要求2所述的一种用于靶场指控的双机热备切换方法，其特征在于，所述步骤S2中日志信息存储如下信息，
主机保存日志信息：切换为主机时间，消息类型1发送/收到时间、内容，消息类型2发送时间、内容，消息类型4发送时间、内容，消息类型5收到时间、内容，消息类型6发送时间、内容，主机切换备机时间，手动切换时间以及成功与否，自动切换时时间以及切换时刻时状态评估中瞬时状态、状态评估分数；
备机保存日志信息：切换为备机时间，消息类型1发送/收到时间、内容，消息类型2收到时间、内容，消息类型5发送时间、内容，备机切换主机时间。
4.根据权利要求2所述的一种用于靶场指控的双机热备切换方法，其特征在于，为减小网络拥堵概率，消息发送模块采用UDP协议实现。
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