故障切換系統及方法技術方案

本發明專利技術提供了一故障切換系統、服務器、方法及計算機可讀介質。該系統包括一用于與客戶機及備用服務器通信的主服務器。所述主服務器包括一主會話管理器、一主調度器、一主指令處理引擎及一主驗證引擎。所述方法涉及了接收一輸入消息、獲取確定信息、處理所述輸入消息及復制所述輸入消息及所述確定信息。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及計算機及網絡體系結構，特別涉及一種故障切換系統及方法。
技術介紹
社會越來越多地依賴于計算機和網絡來進行互動及貿易。為實現在關鍵系統中的高水平的可用性要求，應盡量減小由軟件及硬件缺陷引起的意外故障時間。金融服務業是一種系統可用性要求高的行業，但其僅為一種產業的一個例子。的確，在現今的金融業，大量的數據處理活動由計算機系統支持。特別有趣的是，所謂的“實時”及“近實時”的聯機事務處理應用程序，其為典型地長時間高速地和低延時地處理大量應用的交易事務。這些應用程序一般顯示出以下特征：(1)復雜且高速的數據處理，(2)可靠的非易失性數據存儲，以及(3)高水平的可用性，例如，支持在大體上不間斷的基礎上服務的能力。當實施時，由于它們在系統行為上存在相互矛盾的影響，現有的應用程序傾向于在這些性能要求之間進行折衷，且沒有設計可以同時地完全滿足全部三個特征，如下面更詳細的概述。首先，復雜的數據處理是指及時執行大量的計算、數據庫恢復/更新等的能力。這可以通過并行處理實施，這里多個工作單元可以在相同的物理機器或在分布式網絡上同時執行。在一些系統中，每個事務的結果取決于在先已完成的事務的結果。這些系統的這種并行方面在本質上是不確定的：歸因于競態條件、操作系統調度任務或者可變的網絡延遲，不能預測的消息及線程執行順序，也不能簡單地通過將輸入消息的副本傳遞給一復制的系統中來對其進行并行處理。不確定的系統具有不同的輸出。因此，抱有一旦另一計算機故障具有一替換的目的，在兩個不同的計算機上并行運行兩個進程，不確定的系統呈現出嚴峻的挑戰。其次，可靠的非易失性數據存儲是指持續地存儲所處理的數據的能力，即使大量的系統軟件或硬件組件遇到意外的故障。當訪問或修改共享數據時，其通常可以通過使用原子性的(Atomic)、一致性的(Consistent)、隔離性的(Isolated)和持久性的(Durable)(“ACID”)事務來實現。一旦工作單元完成，ACID事務可以確保數據的完整性和持續性。每個提交的ACID事務被寫入非易失性計算機內存(硬盤)，這幫助確保數據的持久性，但其在性能方面有很大的損失，且通常拖慢整個系統。第三，高度可用的系統試圖確保一給定的計算機系統的可用性的百分比盡可能接近該時間的100％。這種可用性可以通過冗余的軟件和/或硬件實施，其接管了組件故障檢測的功能。為了成功，故障切換不僅復制數據，也復制進程狀態。如本領域技術人員將領會的，在不確定的系統中(例如系統內相同事件集合的計算處理可能具有一個以上的結果，其取決于其中這些事件的處理順序)，狀態復制將尤為具有挑戰性。高度可用的軟件應用程序通常部署在冗余環境中，以減少和/或消除通常與底層硬件關聯的單點故障。兩種常見的方法通常被認為是一種高度可用性的形式，被稱為熱故障切換和溫和故障切換。熱故障切換涉及是指在多個系統中同時處理相同的輸入，本質上在這些系統中的其中一個發生故障的情況下提供完全冗余。溫和故障切換涉及是指復制應用程序(例如數據)的狀態于備用系統中，而不處理在備用系統中的數據，但具有能夠加載數據處理的引用程序的能力及在主系統故障時支持的能力。冷故障切換并不認為是許多高度可用性的形式，其為另一種故障切換類型，是指簡單地提升備用系統及準備該備用系統以承擔自主系統的處理責任。在熱故障切換配置中，兩個應用程序的實例同時運行在兩個不同的硬件設備上，處理相同的輸入副本。如果其中一個設備遇到一個關鍵的故障，一補充同步系統可以確保另一個繼續支持工作負載。在溫和故障切換配置中，一個系統設計為主系統，其運行應用程序；一旦故障，第二個系統，處于備用狀態等待的指定的備份系統，將“被喚醒”、接管、及重新恢復該功能。現有技術的熱故障切換辦法具有至少兩個缺點。第一，補充軟件必須運行，以保持兩個系統同步。在這種不確定系統的情況下，這種同步運行在性能及復雜性方面可能會導致無法接受的(或其他不良的)下降，這里事件的到達順序必須保證是完全相同的。另外，現有技術的用于這些應用的并行系統通常允許多線程同步執行，因此它們有固有的不確定性。不確定性還為系統的服務器及客戶在地理上分散，這里可變網絡延遲了提供消息至一不可預知序列中的服務器。溫和故障切換可以用于克服與熱故障切換相關聯的若干問題。通過復制系統數據至冗余的備用系統并且隨后恢復應用功能至輔助系統，溫和故障切換可以為另一種方式以實施不確定系統的故障切換。這種途徑具有其缺點，在時間上需要恢復數據至一致狀態，然后將該應用恢復至功能狀態，最后，返回該應用至進程中中斷的點。這個過程正常花費數個小時，需要人工干預，且一般不能恢復正在進行的事務。一些專利嘗試解決至少一些前述的問題。專利號為5305200的美國專利提出了一種用于在談判達成的交易場景中買方/賣方和經銷商(報價商)之間通信的不可抵賴機制。提供冗余來確保不可抵賴機制在故障事件中起作用。其并未解決不確定性環境中的在線事務處理程序的故障切換。簡單地說，專利號為5305200的美國專利旨在提供一種明確的答案給該問題：在遇到一次網絡故障后，“指令發送了嗎，或者沒有發送？”。專利號為5381545的美國專利提出了一種用于備份存儲的數據(在數據庫中)的技術，而仍對數據進行更新。專利號為5987432的美國專利提出了為了匯編地理分布在全球范圍的金融市場數據的容錯市場數據股票設備系統。這是一個確定的環境，且該解決方案集中于給消費者提供非中斷的單向數據流。專利號為6154847的美國專利提供了一種改進的方法，該方法通過傳統的非易失存儲器中的事務日志結合在易失性存儲器中的事務列表來重新運行事務。專利號為6199055的美國專利提出了一種在一系統及一便攜式處理器之間穿過無擔保的通信鏈路進行分布式事務的方法。專利號為6199055的美國專利處理了認證，確保用遠端設備完成事務，且在遇到故障時復位遠端設備。一般地，前述事項并未解決在不確定性環境中的在線事務處理應用的故障切換。專利號為6202149的美國專利提出了一種用于自動重新分配任務來減少計算機運行中斷的影響的方法及設備。該設備至少包括一個冗余組，由一個或多個計算機系統組成，其反過來為自身包含一個或多個計算分區。該分區包括數據庫機制的副本，其在每個計算系統分區復制。該冗余組監控計算系統的狀態及計算系統分區，并分配任務至基于計算系統的監測狀態的計算系統。專利號為6202149的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于故障切換的系統，包括：配置為與客戶機通信的主服務器；以及與所述主服務器通信的備用服務器，所述備用服務器配置為在故障切換期間與所述客戶機通信，所述主服務器包括：配置為接收來自所述客戶機的輸入消息的主會話管理器；配置為獲取序列號及時間戳的主調度器，所述主調度器進一步配置為調度所述輸入消息、所述序列號及所述時間戳至關聯的主引擎組件，所述主調度器進一步配置為復制所述輸入消息、所述序列號及所述時間戳至所述備用服務器；具有復數個主引擎組件的主指令處理引擎，該復數個主引擎組件包括所述關聯的主引擎組件，所述主指令處理引擎配置為處理所述輸入消息以生成一主輸出消息，每個主引擎組件配置為處理一種輸入消息類型；以及配置為接收所述主輸出消息的主驗證引擎，所述主驗證引擎進一步配置為發送一驗證消息至所述備用服務器并發送所述主輸出消息至所述會話管理器以發送至所述客戶機；以及所述備用服務器包括：配置為在故障切換事件中承擔主要作用的備份會話管理器；配置為接收來自所述主調度器的所述輸入消息、所述序列號及所述時間戳的備份調度器，且所述備份調度器進一步配置為調度所述輸入消息、所述序列號及所述時間戳至關聯的備用引擎組件；具有復數個備份引擎組件的備份指令處理引擎，該復數個備份引擎組件包括所述關聯的備份引擎組件，每個備份引擎組件配置為處理一種備份消息類型以生成備份輸出消息；以及配置為接收來自所述備份指令處理引擎的所述備份輸出消息以及來自所述主驗證引擎的所述驗證消息的備份驗證引擎，為了驗證所述主輸出消息，所述備份驗證引擎進一步配置為將所述驗證消息與所述備份輸出消息進行比較。...

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2013.06.13 US 61/8346001.一種用于故障切換的系統，包括：
配置為與客戶機通信的主服務器；以及
與所述主服務器通信的備用服務器，所述備用服務器配置為在故障切
換期間與所述客戶機通信，
所述主服務器包括：
配置為接收來自所述客戶機的輸入消息的主會話管理器；
配置為獲取序列號及時間戳的主調度器，所述主調度器進一步配置
為調度所述輸入消息、所述序列號及所述時間戳至關聯的主引擎
組件，所述主調度器進一步配置為復制所述輸入消息、所述序列
號及所述時間戳至所述備用服務器；
具有復數個主引擎組件的主指令處理引擎，該復數個主引擎組件包
括所述關聯的主引擎組件，所述主指令處理引擎配置為處理所述
輸入消息以生成一主輸出消息，每個主引擎組件配置為處理一種
輸入消息類型；以及
配置為接收所述主輸出消息的主驗證引擎，所述主驗證引擎進一步
配置為發送一驗證消息至所述備用服務器并發送所述主輸出消
息至所述會話管理器以發送至所述客戶機；以及
所述備用服務器包括：
配置為在故障切換事件中承擔主要作用的備份會話管理器；
配置為接收來自所述主調度器的所述輸入消息、所述序列號及所述
時間戳的備份調度器，且所述備份調度器進一步配置為調度所述
輸入消息、所述序列號及所述時間戳至關聯的備用引擎組件；
具有復數個備份引擎組件的備份指令處理引擎，該復數個備份引擎

\t組件包括所述關聯的備份引擎組件，每個備份引擎組件配置為處
理一種備份消息類型以生成備份輸出消息；以及
配置為接收來自所述備份指令處理引擎的所述備份輸出消息以及
來自所述主驗證引擎的所述驗證消息的備份驗證引擎，為了驗證
所述主輸出消息，所述備份驗證引擎進一步配置為將所述驗證消
息與所述備份輸出消息進行比較。
2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述備份調度器進一步配置為在
接收到來自所述主調度器的所述輸入消息、所述序列號及所述時間戳后生成確
認消息。
3.根據權利要求2所述的系統，其特征在于，所述備份調度器進一步配置為發
送所述確認消息至所述主驗證引擎。
4.根據權利要求3所述的系統，其特征在于，所述主驗證引擎進一步配置為在
為了發送至所述客戶機而將所述主輸出消息發送至所述會話管理器之前，等待
所述確認消息。
5.根據權利要求1至4任一所述的系統，其特征在于，所述驗證消息包括所述
主輸出消息的一副本。
6.根據權利要求1至5任一所述的系統，其特征在于，進一步包括一用于將所
述主服務器連接至所述備用服務器的低延時鏈路。
7.根據權利要求6所述的系統，其特征在于，所述低延時鏈路包括一PCIe鏈路。
8.根據權利要求1至7任一所述的系統，其特征在于，所述輸入消息與一股票
交易中的買方指令或賣方指令中的一個相關聯。
9.根據權利要求1至8任一所述的系統，其特征在于，所述輸入消息類型與一
組股票相關聯。
10.根據權利要求1至9任一所述的系統，其特征在于，所述主調度器進一步配
置為制作一外部調用。
11.根據權利要求10所述的系統，其特征在于，所述外部調用包括一對于價格
的請求。
12.根據權利要求1至11任一所述的系統，其特征在于，所述主調度器進一步
配置為接收一價格饋入。
13.根據權利要求1至12任一所述的系統，其特征在于，所述主服務器配置為
在復制所述輸入消息至所述備用服務器之前開始處理所述輸入消息。
14.根據權利要求13所述的系統，其特征在于，所述主服務器配置為在完成處
理所述輸入消息之前完成復制所述輸入消息至所述備用服務器。
15.一種用于與客戶機通信的主服務器，其特征在于，所述主服務器包括：
配置為接收一來自所述客戶機的輸入消息的主會話管理器；
配置為獲取一序列號及一時間戳的主調度器，所述主調度器進一步配置為
調度所述輸入消息及所述序列號至一關聯的主引擎組件，所述主調度器
進一步配置為復制所述輸入消息、所述序列號及所述時間戳至一備用服
務器；
具有復數個主引擎組件的主指令處理引擎，該復數個主引擎組件包括所述
關聯的主引擎組件，所述主指令處理引擎配置為處理所述輸入消息以生
成一主輸出消息，每個主引擎組件配置為處理一種輸入消息類型；以及
配置為接收所述主輸出消息的主驗證引擎，所述主驗證引擎進一步配置
為發送一驗證消息至所述備用服務器并發送所述主輸出消息至所述會
話管理器以發送至所述客戶機。
16.根據權利要求15所述的主服務器，其特征在于，進一步配置為在復制來自

\t所述主調度器的所述輸入消息、所述序列號及所述時間戳后接收來自所述備用
服務器的確認消息。
17.根據權利要求16所述的主服務器，其特征在于，所述主驗證引擎配置為接...

【專利技術屬性】
技術研發人員：格利高利·A·阿倫，都鐸·莫洛森，阿德里安·G·杜米特拉凱，帕特里克·J·菲利普斯，
申請(專利權)人：多倫多證券交易所，
類型：發明
國別省市：加拿大;CA