基于Linux等不同操作系統實現異構系統的設計

隨著科學技術的快速發展，大量數據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據的要求，同時，計算機病毒的肆虐對數據安全構成嚴重的威脅。本文設計一種基于不同操作系統的網絡化的處理系統用于解決這些問題。

1、系統概述

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

2 、系統設計與工作原理

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

PNode（數據處理服務器）通過千兆以太網絡與CNode（控制服務器）、DNode（數據庫服務器）相連接，并通過光纖網絡和SNode（存儲服務器）相連接。各種數據處理軟件以服務的形式運行在各個處理服務器上，對應于每一種類型的數據處理任務，控制服務器上會有對應的消息隊列，而各種數據處理軟件時刻監視著對應的消息隊列，當有任務來到時，對應的處理軟件會將此任務取到本地計算機上進行處理。在處理此任務的過程中，處理軟件通過千兆以太網訪問DNode來獲得元數據信息（如存儲地址、處理狀態等），通過光纖網絡從SNode上來獲取原始數據并進行處理。在處理完成后，處理軟件將新產生的元數據信息通過千兆以太網存儲到DNode上的數據庫中，而將產品數據通過光纖網絡存儲到SNode上的存儲系統中。

3、系統之間通信的實現

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

消息傳輸中間件消息中間件（MOM）是一種獨立的系統軟件或服務程序，分布式應用系統借助這種軟件在不同的技術之間共享資源，管理計算資源和網絡通訊。它在計算機系統中是一個關鍵軟件，能實現應用的互連和互操作性，且保證系統安全、可靠、高效地運行。MOM位于用戶應用和操作系統及網絡軟件之間，它為應用提供了公用的通信手段，并且獨立于網絡和操作系統。中間件簡化了應用之間數據的傳輸，屏蔽底層異構操作系統和網絡平臺，為開發者提供一致的通訊標準和應用程序接口，當應用程序中嵌入其函數調用，它便可利用其運行的特定操作系統和網絡環境的功能，為應用執行通信功能。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，以及強大的事務處理能力和消息通訊能力，成為消息中間件產品的佼佼者。

MQ（消息中間件的一種，由IBM公司開發）的基本原理如圖2所示。

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

其次是遠程通訊的情況，如果信息傳輸的目標改為在系統B上的應用程序C，這種變化不會對應用程序A產生影響，應用程序A向隊列2發送一條信息，系統A的MQ發現消息隊列2所指向的目的隊列實際上位于系統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A到系統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B，然后等待確認。只有MQ接到系統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，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就能實現服務器之間的通信。

4、結 語

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

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