[發明專利]一種虛擬實驗系統中仿真進程遷移方法

有效

• 申請號: 201110181510.X
• 申請日: 2011-06-30
• 公開（公告）號: CN102289391A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發明（設計）人: 金海;蔣文斌;王曙光;馬瀟;張磊;董浩;劉超;童圍
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G06F9/48
• 分類號: G06F9/48;G06F9/455;G09B5/08
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

技術領域

本發明屬于計算機應用領域，具體涉及到一種基于Modelica的虛擬實驗仿真進程遷移方法，該方法特別適合應用于實時交互性虛擬實驗教學環境系統中，當實驗仿真進程異常中斷后，通過該方法，能夠以最快的時間將進程重啟，并從中斷的時間點往后繼續計算。

背景技術

隨著多媒體、仿真建模等一系列網絡信息技術的發展，基于互聯網的虛擬實驗教學系統越來越受到關注。虛擬實驗系統是一種實時交互性的人機系統，注重用戶的實時體驗性，關注的是計算結果數據的快速回傳并動態顯示。良好的用戶體驗除了實時性之外，還有流暢性和透明性，即用戶實驗過程中，實驗任務不能被中斷(網絡出現故障等一些不可控的因素除外)，即使某個仿真進程由于某些原因而中斷退出，也必須要有故障快速恢復機制來重啟仿真進程，以繼續進行仿真計算，而對于前臺用戶來說，這些操作都是透明的。

通過進程遷移技術，來達到故障恢復，這是很流行的做法。傳統的進程遷移方法，從應用層次上可以分為三種：應用級進程遷移，用戶級進程遷移和內核級進程遷移。應用級進程遷移的優勢在于可移植性好，不足點是需要了解應用程序的相關語義，可能需要對應用程序進行修改或者進行重新編譯；用戶級進程遷移的優點是易開發和維護，缺點是內核空間和用戶空間存在一些壁壘，打破這種邊界壁壘需要巨大的開銷；內核級的進程遷移好處是可以充分利用操作系統提供的功能，效率高，透明性好，但是需要對操作系統進行修改，實現復雜。

對于使用Modelica的仿真計算模型的虛擬實驗教學系統來說，仿真進程的遷移問題，可以根據Modelica計算任務的特點來分析解決。本發明提出的基于Modelica的仿真進程遷移方法從應用層次上劃分，屬于應用層的進程遷移，但是與傳統的應用層遷移側重點不同的是，本遷移方法只是針對基于Modelica的計算模型的仿真進程，這種就具體的應用特點提出的遷移策略能很好的解決傳統的遷移方法復雜耗時的問題，可以滿足特定應用場景的需求。

進程遷移的核心思想都是保存和恢復進程上下文。基本都是對進程的執行狀態，包括用戶上下文，寄存上下文和系統上下文，進行追蹤，并作檢查點，一旦計算節點失效后，即進行進程遷移，通過檢查點內容，在另外一個計算節點上進行進程的重建。而基于Modelica的仿真進程的執行，其實是一個工作流的形式，可以被分成很多小的任務流階段，每一階段的最終結果數據都可以作為后一階段的初始計算數據，根據這個特點，可以大大減少對于仿真進程的執行過程中相關的執行狀態信息的跟蹤與記錄，從而減少對做檢查點的資源開銷以及遷移后進程重建的時間延遲。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種虛擬實驗系統中仿真進程遷移方法，該方法可以克服傳統的進程遷移存在耗時，復雜的缺點，特別適合于虛擬實驗教學系統中。

本發明提供的一種虛擬實驗系統中仿真進程遷移方法，所述虛擬實驗系統包括負責系統所有的仿真任務的分發與管理的任務管理服務器，以及至少二個記錄仿真進程的執行狀態并做相應的狀態緩存的任務計算服務器，其特征在于，該方法包括下述步驟：

(1)任務計算服務器向任務管理服務器注冊其服務地址；

(2)任務管理服務器判斷是否收到結束服務的消息，若接收到結束命令消息，則轉步驟(7)，否則，轉步驟(3)；

(3)任務管理服務器接收來自用戶的仿真任務計算請求，并將請求分發到各任務計算服務器，任務計算服務器根據設定的仿真步長，從每一次仿真步驟輸出的結果數據中提取最后一個時刻點上的各參數數據值，做狀態緩存，并將緩存數據發送到任務管理服務器做臨時備份保存；

(4)任務管理服務器保持與各任務計算服務器的聯系，采用心跳技術即時探測到任務計算服務器是否失效，如果失效，開始做該任務計算服務器上的進程遷移，則轉步驟(5)，否則，則認為該任務計算服務器工作正常，則轉步驟(6)；

(5)任務管理服務器根據保存在其上的仿真進程狀態緩存數據，在另外一個未失效的任務計算服務器上恢復該仿真進程，然后轉步驟(4)；

(6)任務管理服務器刪除并清理已經結束的任務的相關狀態緩存數據，轉入步驟(4)；

(7)服務結束。

本發明為了解決在虛擬實驗系統中，傳統進程遷移耗時低效的缺點，提供了基于Modelica具體任務特點的新的進程遷移方法。該方法主要特點有如下幾個方面：

(1)基于Modelica的仿真計算模型，適合多領域，多學科虛擬實驗的統一建模，可擴展性強；