[发明专利]一种虚拟实验系统中仿真进程迁移方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机应用领域，具体涉及到一种基于Modelica的虚拟实验仿真进程迁移方法，该方法特别适合应用于实时交互性虚拟实验教学环境系统中，当实验仿真进程异常中断后，通过该方法，能够以最快的时间将进程重启，并从中断的时间点往后继续计算。

背景技术

随着多媒体、仿真建模等一系列网络信息技术的发展，基于互联网的虚拟实验教学系统越来越受到关注。虚拟实验系统是一种实时交互性的人机系统，注重用户的实时体验性，关注的是计算结果数据的快速回传并动态显示。良好的用户体验除了实时性之外，还有流畅性和透明性，即用户实验过程中，实验任务不能被中断(网络出现故障等一些不可控的因素除外)，即使某个仿真进程由于某些原因而中断退出，也必须要有故障快速恢复机制来重启仿真进程，以继续进行仿真计算，而对于前台用户来说，这些操作都是透明的。

通过进程迁移技术，来达到故障恢复，这是很流行的做法。传统的进程迁移方法，从应用层次上可以分为三种：应用级进程迁移，用户级进程迁移和内核级进程迁移。应用级进程迁移的优势在于可移植性好，不足点是需要了解应用程序的相关语义，可能需要对应用程序进行修改或者进行重新编译；用户级进程迁移的优点是易开发和维护，缺点是内核空间和用户空间存在一些壁垒，打破这种边界壁垒需要巨大的开销；内核级的进程迁移好处是可以充分利用操作系统提供的功能，效率高，透明性好，但是需要对操作系统进行修改，实现复杂。

对于使用Modelica的仿真计算模型的虚拟实验教学系统来说，仿真进程的迁移问题，可以根据Modelica计算任务的特点来分析解决。本发明提出的基于Modelica的仿真进程迁移方法从应用层次上划分，属于应用层的进程迁移，但是与传统的应用层迁移侧重点不同的是，本迁移方法只是针对基于Modelica的计算模型的仿真进程，这种就具体的应用特点提出的迁移策略能很好的解决传统的迁移方法复杂耗时的问题，可以满足特定应用场景的需求。

进程迁移的核心思想都是保存和恢复进程上下文。基本都是对进程的执行状态，包括用户上下文，寄存上下文和系统上下文，进行追踪，并作检查点，一旦计算节点失效后，即进行进程迁移，通过检查点内容，在另外一个计算节点上进行进程的重建。而基于Modelica的仿真进程的执行，其实是一个工作流的形式，可以被分成很多小的任务流阶段，每一阶段的最终结果数据都可以作为后一阶段的初始计算数据，根据这个特点，可以大大减少对于仿真进程的执行过程中相关的执行状态信息的跟踪与记录，从而减少对做检查点的资源开销以及迁移后进程重建的时间延迟。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种虚拟实验系统中仿真进程迁移方法，该方法可以克服传统的进程迁移存在耗时，复杂的缺点，特别适合于虚拟实验教学系统中。

本发明提供的一种虚拟实验系统中仿真进程迁移方法，所述虚拟实验系统包括负责系统所有的仿真任务的分发与管理的任务管理服务器，以及至少二个记录仿真进程的执行状态并做相应的状态缓存的任务计算服务器，其特征在于，该方法包括下述步骤：

(1)任务计算服务器向任务管理服务器注册其服务地址；

(2)任务管理服务器判断是否收到结束服务的消息，若接收到结束命令消息，则转步骤(7)，否则，转步骤(3)；

(3)任务管理服务器接收来自用户的仿真任务计算请求，并将请求分发到各任务计算服务器，任务计算服务器根据设定的仿真步长，从每一次仿真步骤输出的结果数据中提取最后一个时刻点上的各参数数据值，做状态缓存，并将缓存数据发送到任务管理服务器做临时备份保存；

(4)任务管理服务器保持与各任务计算服务器的联系，采用心跳技术即时探测到任务计算服务器是否失效，如果失效，开始做该任务计算服务器上的进程迁移，则转步骤(5)，否则，则认为该任务计算服务器工作正常，则转步骤(6)；

(5)任务管理服务器根据保存在其上的仿真进程状态缓存数据，在另外一个未失效的任务计算服务器上恢复该仿真进程，然后转步骤(4)；

(6)任务管理服务器删除并清理已经结束的任务的相关状态缓存数据，转入步骤(4)；

(7)服务结束。

本发明为了解决在虚拟实验系统中，传统进程迁移耗时低效的缺点，提供了基于Modelica具体任务特点的新的进程迁移方法。该方法主要特点有如下几个方面：

(1)基于Modelica的仿真计算模型，适合多领域，多学科虚拟实验的统一建模，可扩展性强；