0 引言

    可視化邏輯設(shè)計(Visual Logic Design，VLD)工具是一種以圖形化、模塊化邏輯功能圖形代替編寫程序源代碼的程序開發(fā)工具^[1]，是許繼自主研發(fā)和擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的軟件。其以避免重復(fù)設(shè)計、節(jié)省開發(fā)時間、程序設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化、方便程序修改和維護(hù)等特點廣泛應(yīng)用于公司繼電保護(hù)領(lǐng)域的保護(hù)邏輯設(shè)計、保護(hù)功能實現(xiàn)等方面^[2-3]。但是由于VLD工具設(shè)計之初缺乏對自主知識產(chǎn)權(quán)的保護(hù)考慮，導(dǎo)致其無有效認(rèn)證保護(hù)機(jī)制^[4]，任何電腦都可安裝使用，且用戶可通過工具獲取公司多年積累的保護(hù)、測控等核心代碼，給公司機(jī)密外泄和利益流失留下巨大隱患。因此需要一種能避免核心代碼外泄、對工具的使用范圍可控的方法解決上述問題。

    本文提出了一種基于企業(yè)內(nèi)網(wǎng)的VLD遠(yuǎn)程編譯系統(tǒng)架構(gòu)^[5]，該架構(gòu)采取了模塊化的設(shè)計思想，分離了VLD工具的操作界面和核心資源代碼，把在本地的編譯處理工作部署到服務(wù)器端，本地只保留通用的用戶操作界面，有效提高了VLD工具核心代碼的安全性。

1 VLD遠(yuǎn)程編譯系統(tǒng)架構(gòu)

1.1 VLD遠(yuǎn)程編譯系統(tǒng)總體架構(gòu)

    遠(yuǎn)程編譯系統(tǒng)架構(gòu)采用了模塊化的設(shè)計思想，將系統(tǒng)劃分為3個部分：客戶端、分發(fā)服務(wù)器和構(gòu)建服務(wù)器。這樣設(shè)計是為了將解決方案的功能分隔到不同的功能模塊中，每一功能模塊保持內(nèi)聚性，大致在同一抽象級別，并且每一模塊都與其他的模塊保持松散耦合，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性、可維護(hù)性和復(fù)用性^[6-7]。系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖1所示。

    圖1中，客戶端是編譯任務(wù)的發(fā)起者，負(fù)責(zé)編譯請求的發(fā)送、工程文件的發(fā)送和編譯結(jié)果的接收；分發(fā)服務(wù)器是連接客戶端和構(gòu)建服務(wù)器的接口，負(fù)責(zé)接收編譯請求后選擇合適的構(gòu)建服務(wù)器，并實時監(jiān)視和更新構(gòu)建服務(wù)器信息；構(gòu)建服務(wù)器是編譯任務(wù)的執(zhí)行者，主要完成編譯任務(wù)和編譯結(jié)果文件的傳輸。

1.2 VLD遠(yuǎn)程編譯系統(tǒng)工作流程

    系統(tǒng)的工作流程如圖1中序號所示，基本流程如下：

    (1)客戶端發(fā)起編譯請求，分發(fā)服務(wù)器接收到后對報文進(jìn)行解析，獲取客戶端ID、VLD版本號、客戶端IP和端口號等信息；

    (2)分發(fā)服務(wù)器監(jiān)聽構(gòu)建服務(wù)器相的工況信息，記錄其工作狀態(tài)、內(nèi)存使用率、構(gòu)建服務(wù)器的IP和端口號等；

    (3)分發(fā)服務(wù)器根據(jù)步驟(2)中更新的構(gòu)建服務(wù)器工況信息選擇合適的服務(wù)器，并將分配結(jié)果返回給客戶端，同時將編譯請求信息更新后轉(zhuǎn)發(fā)給構(gòu)建服務(wù)器；

    (4)客戶端和構(gòu)建服務(wù)器建立連接，客戶端在收到構(gòu)建服務(wù)器的上傳工程文件請求消息后，向構(gòu)建服務(wù)器發(fā)送文件；

    (5)構(gòu)建服務(wù)器接收工程文件結(jié)束，進(jìn)行工程編譯，編譯完成后向發(fā)送編譯請求的客戶端回傳編譯結(jié)果文件。

    經(jīng)過以上5個主要步驟，編譯系統(tǒng)可進(jìn)行一次完整的VLD遠(yuǎn)程編譯工作。

2 功能模塊設(shè)計實現(xiàn)

    基于系統(tǒng)的總體架構(gòu)，并根據(jù)模塊的功能需求，每個大的模塊又由不同的小功能模塊構(gòu)成。模塊間的通信使用TCP和UDP協(xié)議實現(xiàn)，其中狀態(tài)監(jiān)聽和編譯請求信息采用系統(tǒng)開銷較小的UDP協(xié)議進(jìn)行通信，文件傳輸采用傳輸可靠性較高的TCP協(xié)議進(jìn)行通信^[8-9]。

2.1 客戶端

    為了保證原使用者的使用習(xí)慣，客戶端界面繼承了原VLD工具的操作界面，其新加功能以新增按鈕和選項的方式添加。根據(jù)需求，客戶端分為4個功能模塊：編譯請求模塊、ID管理模塊、文件傳輸模塊、文件壓縮模塊。

    編譯請求模塊實現(xiàn)了向分發(fā)服務(wù)器發(fā)送編譯請求的功能。ID管理模塊負(fù)責(zé)工程ID的記錄管理工作，ID是為了系統(tǒng)親和性考慮，每個工程分配一個系統(tǒng)唯一的ID編號，當(dāng)工程第二次請求編譯時，分發(fā)服務(wù)器會根據(jù)ID號分配上次編譯過此工程的構(gòu)建服務(wù)器，以減少重復(fù)傳輸工程文件時間，提高系統(tǒng)效率。文件傳輸模塊和文件壓縮模塊聯(lián)合完成了文件發(fā)送及文件接收的操作。

2.2 分發(fā)服務(wù)器

    分發(fā)服務(wù)器將客戶端和構(gòu)建服務(wù)器聯(lián)系在一起，接收客戶端的編譯請求，并存儲和更新構(gòu)建服務(wù)器的狀態(tài)，完成構(gòu)建服務(wù)器的選擇工作。其主要功能模塊劃分為：心跳處理模塊、選擇模塊、ID生成模塊、隊列共享模塊。

    分發(fā)服務(wù)器心跳處理模塊接收構(gòu)建服務(wù)器定時發(fā)送的狀態(tài)信息，并把其更新到本地存儲的構(gòu)建服務(wù)器列表中。選擇模塊是分發(fā)服務(wù)器的核心模塊，其實現(xiàn)了系統(tǒng)的親和性功能和負(fù)載均衡算法，首先根據(jù)工程ID選擇編譯過的構(gòu)建服務(wù)器，如果是新建工程或原構(gòu)建服務(wù)器不在編譯等待狀態(tài)，則根據(jù)其他構(gòu)建服務(wù)器的工作狀態(tài)以及內(nèi)存使用率等條件選擇合適的構(gòu)建服務(wù)器分配編譯任務(wù)。

    ID生成模塊生成系統(tǒng)唯一的工程ID，此ID在分發(fā)服務(wù)器接收到編譯請求時返回給客戶端，由客戶端更新到ID記錄文件中，同時分配完構(gòu)建服務(wù)器后，分發(fā)服務(wù)器會把ID記錄到相應(yīng)構(gòu)建服務(wù)器狀態(tài)列表中，以供下次分配時查詢。

    隊列共享模塊避免了網(wǎng)絡(luò)擁塞時編譯請求的丟失，其會對不同時刻到來的編譯請求進(jìn)行緩存，當(dāng)先到的編譯請求還未處理完畢，后面的編譯請求將按時間進(jìn)行排隊處理。

2.3 構(gòu)建服務(wù)器

    構(gòu)建服務(wù)器主要完成工程編譯，并將編譯完成的工程文件回傳給客戶端。按照其功能可劃分為4個主要模塊：心跳模塊、代碼編譯模塊、文件傳輸模塊、文件壓縮模塊。

    為了一臺構(gòu)建服務(wù)器能夠同時完成多個編譯任務(wù)，避免資源的浪費，構(gòu)建服務(wù)器采取多任務(wù)并發(fā)模式實現(xiàn)。每個構(gòu)建服務(wù)器可創(chuàng)建多個獨立的構(gòu)建進(jìn)程，每個進(jìn)程根據(jù)IP地址和端口號區(qū)分，可獨立完成編譯任務(wù)。構(gòu)建服務(wù)器中心跳模塊功能是向構(gòu)建服務(wù)器提供自身的工況，包括IP地址、端口號、進(jìn)程ID、工作狀態(tài)，以使構(gòu)建服務(wù)器根據(jù)自身狀態(tài)抉擇是否分配編譯任務(wù)。

    代碼編譯模塊處理客戶端發(fā)送的工程文件，其編譯原理是將VLD原編譯功能以動態(tài)庫的方式封裝，編譯模塊接到編譯任務(wù)后調(diào)用動態(tài)庫并實時將編譯過程回傳到客戶端，這樣實現(xiàn)可使系統(tǒng)具有良好的可移植性。例如當(dāng)更換動態(tài)庫以后，構(gòu)建服務(wù)程序不需要大的更改，只需要添加相應(yīng)的接口函數(shù)，并根據(jù)需要完成配置文件的配置即可。

    文件傳輸模塊和文件壓縮模塊復(fù)用了客戶端的相應(yīng)模塊，完成文件的壓縮傳送和文件接收功能。

2.4 系統(tǒng)可視化工具和服務(wù)看門狗

    由于系統(tǒng)各模塊以后臺服務(wù)的形式設(shè)計實現(xiàn)，運行期間數(shù)據(jù)對用戶和開發(fā)者不可見，為了便于系統(tǒng)的維護(hù)和測試，開發(fā)了系統(tǒng)可視化工具，將分發(fā)服務(wù)器存儲的構(gòu)建服務(wù)器數(shù)據(jù)表結(jié)合其分發(fā)結(jié)果以表的形式實時展現(xiàn)在工具上。

    同時，系統(tǒng)一旦正式投入使用，分發(fā)服務(wù)器和構(gòu)建服務(wù)器將部署在企業(yè)機(jī)房，當(dāng)出現(xiàn)系統(tǒng)死循環(huán)、進(jìn)程關(guān)閉等問題時無法實時維護(hù)。為了提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性，實現(xiàn)了服務(wù)看門狗工具。看門狗工具對每個構(gòu)建服務(wù)進(jìn)程和分發(fā)服務(wù)進(jìn)程進(jìn)行監(jiān)視，一旦檢測到某個進(jìn)程在規(guī)定時間內(nèi)無喂狗響應(yīng)，則判定此進(jìn)程為離線狀態(tài)，將強(qiáng)制結(jié)束并重啟該進(jìn)程。

3 系統(tǒng)時效性與可靠性驗證

    根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計，搭建如圖2所示的測試環(huán)境。

    部署4臺構(gòu)建服務(wù)器電腦，每臺電腦運行5個構(gòu)建服務(wù)進(jìn)程，另部署4臺電腦作為客戶端，每臺電腦最少運行兩個VLD客戶端，分別從時效性和可靠性兩個方面對系統(tǒng)進(jìn)行測試驗證。

3.1 可靠性驗證

    4臺客戶端電腦隨機(jī)發(fā)送編譯請求，通過可視化工具監(jiān)視進(jìn)行編譯任務(wù)的構(gòu)建服務(wù)器，編譯完成后在相應(yīng)構(gòu)建服務(wù)器運行原VLD工具編譯相同工程，將編譯結(jié)果分別與本地以及客戶端接收的編譯結(jié)果進(jìn)行對比，經(jīng)過多次反復(fù)測試，編譯結(jié)果相同。測試數(shù)據(jù)如表1所示。

3.2 時效性驗證

    系統(tǒng)在保證功能可靠性的同時，需要保證其時效性，以提高用戶體驗。測試通過選取502 KB～20 MB不同大小的工程文件進(jìn)行編譯，從客戶端發(fā)送編譯請求開始計時，到客戶端提示編譯完成計時結(jié)束。在企業(yè)內(nèi)網(wǎng)的測試中，最快編譯時間為55 s，最慢編譯時間為320 s。同時在相同客戶端進(jìn)行本地工程編譯計時進(jìn)行對比，測試結(jié)果如表2所述，表明平均編譯時間控制在3 min之內(nèi)，雖然較本地編譯有一定延時，但在可接受范圍之內(nèi)。

4 結(jié)束語

    本文設(shè)計的VLD遠(yuǎn)程編譯系統(tǒng)將VLD工具核心代碼部署到企業(yè)服務(wù)器端，有效控制了工具使用范圍，提高了代碼的安全性，防止了核心代碼的外泄，同時用戶界面繼承了原工具的界面，保證了用戶使用習(xí)慣，可靠性和實時性測試驗證了本系統(tǒng)的有效性。本編譯系統(tǒng)采取模塊化的設(shè)計實現(xiàn)方式，具有良好的擴(kuò)展性和維護(hù)性，為以后其他工具的遠(yuǎn)程操作移植提供了框架。

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