本發(fā)明屬于雙機熱備，更具體地，涉及一種雙機熱備系統(tǒng)及雙機切換方法。

背景技術：

1、為保障工業(yè)環(huán)境中控制系統(tǒng)能長時間持續(xù)穩(wěn)定地運行，通常采用雙機冗余的結構，基于數(shù)據(jù)同步和負載均衡機制，當主機出現(xiàn)故障時可通過備用設備繼續(xù)執(zhí)行任務，提高系統(tǒng)的可靠性。

2、目前工控領域最佳的雙機熱備方法是雙機之間共享存儲介質(zhì)，雖然能夠提高系統(tǒng)備份的實時性，但是，一旦共享存儲介質(zhì)出現(xiàn)故障，則整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)均會丟失，并且兩臺設備會搶占存儲服務的控制權，不利于系統(tǒng)長時間不間斷運行的可靠及穩(wěn)定性。

3、另外，雙機熱備系統(tǒng)在進行雙機切換操作后整個系統(tǒng)通信鏈路的恢復時間也必須得到保障，以免工控機與整個系統(tǒng)長時間通信中斷從而造成不可挽回的損害。但是現(xiàn)有的雙機熱備系統(tǒng)的切換恢復時間無法滿足強實時系統(tǒng)的控制需求，在現(xiàn)有方案中，雙機熱備系統(tǒng)對外的通信通道會經(jīng)過切換卡進行切換選擇，但是切換卡容易造成系統(tǒng)單點故障，且在發(fā)生切換后會重新進行網(wǎng)絡初始化，切換恢復時間長，且可能會導致切換后的系統(tǒng)對外的網(wǎng)絡通信異常。

技術實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種雙機熱備系統(tǒng)及雙機切換方法，其目的在于提升雙機熱備系統(tǒng)長時間不間斷運行的可靠性及穩(wěn)定性。

2、為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的第一方面，提供了一種雙機熱備系統(tǒng)，包括：互為熱備份的a機和b機，內(nèi)部交換機及切換模塊；

3、a機和b機中的一個為主機，用于與外部系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通訊，另一個為從機，用于對主機的數(shù)據(jù)進行備份；a機和b機均通過各自的外部通信接口與外部系統(tǒng)連接；

4、a機和b機之間采用光纖連接各自的反射內(nèi)存卡作為主要同步通道，并通過各自的內(nèi)部通信網(wǎng)口，用以太網(wǎng)連接所述內(nèi)部交換機作為備用同步通道，以實現(xiàn)a機與b機之間數(shù)據(jù)的同步及備份；

5、所述切換模塊用于在滿足故障切換條件時或在外部切換控制指令下，對所述主要同步通道和所述備用同步通道進行切換，和/或，對a機和b機的主從狀態(tài)進行切換，以實現(xiàn)雙機熱備。

6、進一步地，a機和b機之間采用所述主要同步通道進行每一輪次的數(shù)據(jù)同步及備份，包括：

7、判斷當前計算機是主機還是從機；其中，當前計算機為a機或b機；

8、若為主機，則執(zhí)行：

9、主機在內(nèi)存中分配一片內(nèi)存區(qū)域作為中間數(shù)據(jù)緩存區(qū)，將需要同步的狀態(tài)變量信息寫入所述中間數(shù)據(jù)緩存區(qū)中，并等待數(shù)據(jù)寫入信號量；在所述數(shù)據(jù)寫入信號量有效時，將所述中間數(shù)據(jù)緩存區(qū)中的數(shù)據(jù)打包并進行crc校驗，將通過校驗后的數(shù)據(jù)寫入主機的反射內(nèi)存卡；

10、若為從機，則執(zhí)行：

11、從機從主機的反射內(nèi)存卡中讀取需要同步的狀態(tài)變量信息，并進行crc校驗，將通過校驗后的數(shù)據(jù)存儲至從機的中間數(shù)據(jù)緩存區(qū)中，并等待數(shù)據(jù)寫入信號量；在所述數(shù)據(jù)寫入信號量有效時，將所述從機的中間數(shù)據(jù)緩存區(qū)中的數(shù)據(jù)寫入從機的反射內(nèi)存卡中；其中，所述從機的中間數(shù)據(jù)緩存區(qū)為在從機內(nèi)存中分配的一片內(nèi)存區(qū)域。

12、進一步地，判斷當前計算機是主機還是從機之前，還包括：

13、將應用程序中需要同步的狀態(tài)變量信息寫入配置文件；將所述配置文件存儲至主機的存儲介質(zhì)中；主機將所述配置文件更新至從機的存儲介質(zhì)中；

14、從機從主機的反射內(nèi)存卡中讀取需要同步的狀態(tài)變量信息，包括：

15、從機從所述配置文件中得到需要同步的狀態(tài)變量信息的地址；基于所述地址，從機從主機的反射內(nèi)存卡中讀取需要同步的狀態(tài)變量信息。

16、進一步地，所述故障切換條件包括：

17、從機檢測到主機出現(xiàn)異常時，外部通信通道出現(xiàn)故障時，和/或，內(nèi)部通信通道出現(xiàn)故障時；其中，所述外部通信通道為a機或b機與外部系統(tǒng)進行通訊的通道，所述內(nèi)部通信通道為所述主要同步通道或所述備用同步通道。

18、進一步地，判斷所述內(nèi)部通信通道出現(xiàn)故障，包括：

19、統(tǒng)計所接收到的心跳報文超時的次數(shù)，所述超時的次數(shù)超過預設的閾值，則認為所述主要同步通道出現(xiàn)故障；

20、統(tǒng)計所接收到的網(wǎng)絡信息超時的次數(shù)，所述超時的次數(shù)超過預設的閾值，則認為所述主要備用通道出現(xiàn)故障。

21、進一步地，通過監(jiān)控主機和從機的健康狀況和運行狀態(tài)，以判斷是否滿足所述故障切換條件。

22、按照本發(fā)明的第二方面，提供了一種如第一方面任一項所述的雙機熱備系統(tǒng)的切換方法，包括：

23、將主機和從機對外通訊的網(wǎng)卡配置為工作在同一網(wǎng)段，并初始化為相同的ip地址；并將主機和從機對外通信的網(wǎng)卡均設置為關閉狀態(tài)；

24、然后將主機對外通訊的網(wǎng)卡設為啟用狀態(tài)；

25、滿足故障切換條件時或在外部切換控制指令下，對所述主要同步通道和所述備用同步通道進行切換，和/或，對a機和b機的主從狀態(tài)進行切換；

26、其中，對a機和b機的主從狀態(tài)進行切換時，包括：

27、將主機對外通訊的網(wǎng)卡設為關閉狀態(tài)，并更新主機的運行狀態(tài)為從機；

28、將從機對外通訊的網(wǎng)卡設為啟用狀態(tài)，并更新從機的運行狀態(tài)為主機。

29、按照本發(fā)明的第三方面，提供了一種工業(yè)控制計算機，包括計算機可讀存儲介質(zhì)和處理器；

30、所述計算機可讀存儲介質(zhì)用于存儲可執(zhí)行指令；

31、所述處理器用于讀取所述計算機可讀存儲介質(zhì)中存儲的可執(zhí)行指令執(zhí)行第二方面所述的雙機熱備系統(tǒng)的切換方法。

32、按照本發(fā)明的第四方面，提供了一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，所述程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如第二方面所述的雙機熱備系統(tǒng)的切換方法。

33、按照本發(fā)明的第五方面，提供了一種計算機程序產(chǎn)品，當所述計算機程序產(chǎn)品在計算機上運行時，使得計算機執(zhí)行第二方面所述的雙機熱備系統(tǒng)的切換方法。

34、總體而言，通過本發(fā)明所構思的以上技術方案，能夠取得以下有益效果：

35、(1)本發(fā)明中的雙機熱備系統(tǒng)，在外部通信上，通過a機和b機各自對應的外部通信接口均直接與外部系統(tǒng)連接；在內(nèi)部數(shù)據(jù)的同步及備份上，采用高速光纖連接a機和b機各自的反射內(nèi)存卡作為兩個設備之間主要的同步通信通道，采用以太網(wǎng)連接內(nèi)部交換機作為備用同步通道。在不同時刻通過切換模塊在滿足故障切換條件時或在外部切換控制指令下，對a機和b機的主從狀態(tài)進行切換，以確保同一時刻僅有主機與外部系統(tǒng)進行通信，以及對兩條專用的內(nèi)部同步通信通道進行切換，如此，本發(fā)明中的雙機熱備系統(tǒng)不僅與外部系統(tǒng)實現(xiàn)了冗余通信，在雙機熱備系統(tǒng)內(nèi)部也采用了雙通道同步冗余，保證了雙機的連接和數(shù)據(jù)交互功能的可靠性及穩(wěn)定性。

36、(2)本發(fā)明在內(nèi)部同步通信信道設計上，第一，考慮到采用不同的通信通道進行通信能夠減小同一種故障對整個系統(tǒng)的影響，可以實現(xiàn)故障隔離。如果采用相同的通道可能會出現(xiàn)在一種故障下雙通道都發(fā)生切換的問題，易造成反復切換或切換后無法避免故障問題。第二，反射內(nèi)存卡通常具有低延遲和高帶寬的特點，適合實時性要求高的數(shù)據(jù)傳輸。而以太網(wǎng)則具有靈活性和廣泛的兼容性，適合一般的數(shù)據(jù)通信。通過結合兩種通道，可以優(yōu)化系統(tǒng)的性能，滿足不同類型的數(shù)據(jù)傳輸需求。第三，在惡劣的工業(yè)環(huán)境中，電磁干擾、溫度變化等因素可能會影響通信。反射內(nèi)存和以太網(wǎng)的不同物理和電氣特性使得它們對環(huán)境干擾的敏感性不同，從而增加了系統(tǒng)的抗干擾能力。第四，反射內(nèi)存卡性能優(yōu)越，以太網(wǎng)設備成本更低且易于維護。通過結合使用，可以在保證性能的同時控制成本。因此，基于上述考慮，本發(fā)明設計了兩種不同類型的同步通信信道。并且，由于反射內(nèi)存卡和以太網(wǎng)的物理隔離、獨立的通信協(xié)議以及獨立的硬件支撐，使得一個通道出現(xiàn)故障時不會影響另外一條通道的數(shù)據(jù)通信，如此，進一步確保通信的可靠性和穩(wěn)定性。

37、(3)作為優(yōu)選，a機和b機之間采用主要同步通道進行每一輪次的數(shù)據(jù)同步及備份時，在同步任務中引入中間數(shù)據(jù)緩存區(qū)的概念，僅當數(shù)據(jù)寫入信號量有效時，才對需要同步的全局變量進行寫操作，避免全局數(shù)據(jù)的讀寫沖突造成網(wǎng)絡通信故障。并且，在同步任務過程中，用戶可以通過對寫入信號量的控制隨時停止同步，這為系統(tǒng)提供了更高的操作靈活性和安全性。通過這種方式，雙機熱備系統(tǒng)不僅能夠在正常情況下保持數(shù)據(jù)的高度一致性和實時更新，還能在特殊情況下迅速響應用戶的操作需求，暫?；蚧謴蛿?shù)據(jù)同步，從而保護系統(tǒng)的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)的安全性。

38、(4)作為優(yōu)選，用戶可以簡單地通過配置存儲在主機和從機存儲介質(zhì)中的配置文件來指定哪些數(shù)據(jù)需要被同步，如此，用戶能夠非常方便地根據(jù)具體的應用需求選擇關鍵的數(shù)據(jù)進行同步，減少通信資源不必要的消耗；且可以備份用戶自行編寫的程序中的數(shù)據(jù)，增加了系統(tǒng)的靈活性和定制性。

39、(5)進一步地，本發(fā)明的雙機熱備系統(tǒng)切換方法，在物理上主機和從機均通過外部交換機與外部系統(tǒng)進行連接，但設置主機中對外通信的網(wǎng)卡處于啟用狀態(tài)，而從機對外通信的網(wǎng)卡則保持關閉狀態(tài)，保證系統(tǒng)在同一時刻只有主機與外部系統(tǒng)建立實際的通信連接，避免網(wǎng)絡的沖突以及通信資源的消耗。同時，由于主機和從機均與外部系統(tǒng)進行物理上的連接，并且切換前后兩臺設備對外通信的網(wǎng)卡的配置為工作在同一網(wǎng)段，且使用的是同一個ip地址，當需要進行切換時，可以直接將運行狀態(tài)切換至當前狀態(tài)而非系統(tǒng)的初始運行狀態(tài)。也即切換后新的主機無需與外部系統(tǒng)重新建立網(wǎng)絡連接，可以無縫地與外部系統(tǒng)進行通信，極大的減少了網(wǎng)絡切換時間，實現(xiàn)了主從機的無感切換，同時也解決了切換卡容易造成系統(tǒng)單點故障的問題。

40、總而言之，本發(fā)明改進了雙機熱備系統(tǒng)的硬件結構，避免了因單點故障導致的控制任務中斷，確保了系統(tǒng)在切換過程中的高可靠性和穩(wěn)定性。并且提出了一種新的網(wǎng)絡切換方法，能夠盡可能縮短雙機熱備系統(tǒng)進行主、從機切換操作后的恢復時間，滿足強實時控制系統(tǒng)的需求。