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1、 毕业设计(论文)毕业设计(论文) 题题 目目 学院名称学院名称 计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院 指导教师指导教师 职职 称称 班班 级级 本本 07 计算机计算机 01 班班 学学 号号 学生姓名学生姓名 目 录目 录 摘摘 要要 随着 Internet 快速发展， 大量的 P2P 出现给人们的生活交流带来许多便利。 然而由于人们需求的不断提高，对于 P2P 系统的可靠安全行性，同时也提出了新 的要求。对于覆盖世界的网络中，随时都有可能出现故障。对于研究者希望 P2P 系统有自动检测到故障的原因自动修复的功能。 在这方面许多人都在不断的进行 研究实验。 本文研究的主要方面是 P2P
2、 存储系统与故障维护中的心跳检测技术。心跳 检测技术是一种检测网络连接故障的技术， 根据服务端和客户端各自的心跳检测 软件，相互之间发送消息即心跳报文来检测故障，判断网络连接是否正常，系统 是否工作。这篇论文设计了一个能管理几百个外围节点的心跳检测系统。该系统 是在 Linux 操作系统下，采用的 TCP/UDP 协议，以 C/S 模式，应用 Boost 库， 以 C+语言进行开发的。服务端为主控节点，客户端为外围节点，通过客户端发 送心跳报文的方法来实现心跳检测。 关键词：P2P；心跳检测；Boost；Linux ABSTRACT Along with the Internet fast d
3、evelopment, massive P2P appears for peoples life exchange brings many conveniences. However, as a result of the people demands unceasing enhancement, regarding the P2P systems reliable security line, simultaneously also set the new request. Regarding in the cover worlds network, It has the possibili
4、ty to present the breakdown. Regarding the researcher hoped that the P2P system has the automatic detection breakdown reason and the automatic repair function. In this aspect many people are researching. This paper mainly researches the heart beat technology of P2P memory system and failure detectio
5、n. Heat beat technology is the technology that it detects network fault, as sending messages between server and client. And it can estimate whether the network and P2P system are working naturally. The paper introduces the P2P system can manage hundreds of the client nodes . The system designs in th
6、e Linux platform, using TCP/UDP protocol, Boost libraries, C+ language and on the basis of C/S model. Server acts as the master node, the client acts as the external nodes, through the heart beat messages sent by the client to achieve the heart beat detection methods. 引 言引 言 随着网络技术的快速发展，网络拉近人们之间的距离，
7、于此同时大量的基 于网络的系统也不断的出现。在网络这个庞大的系统中，有成千上万的节点接入 到网络中共享资源信息。对于这些成千上万节点靠我们人力管理是很难的，并且 会经常的出现故障，这时我们需要系统自动的检测出网络中的故障所在。所以负 责检测故障的心态检测技术就应运而生。 在 P2P 存储系统与故障修复中的心跳检测技术是基于 C/S 架构开发的网络 检测系统。对于各类应用 P2P 软件，心跳检测技术是必不可少的一部分。P2P 存 储系统与故障修复是一个很庞大的部分，里面涉及到许多的算法。本论文对于故 障修复进行详细的研究，仅仅是检测到那个节点发生了故障，没有正常连接到 P2P 系统中。以后随着这
8、方面研究的深入，也许 P2P 系统检测与故障修复也会趋 近于完善。 本人通过查找大量的资料对于心跳检测原理有一些了解。 结合一些 Linux 网 络编程的知识， 为了能跨平台移植应用了 Boost 库开发。 文章中对于设计的思想， 和技术原理都进行了详细的描述。 第一章 绪论第一章 绪论 1.1 心跳检测机制1.1 心跳检测机制 在 P2P 系统中有成千上万个节点接入到系统中，这些节点随时都有可以发 生故障，有可能是硬件故障，也可能是软件故障，导致客户节点无法正常接入到 系统中,系统将无法得到本地系统的资源，甚至导致部分系统瘫痪。为了确保整 个系统正常的工作，主控节点应该可以随时的知道其他节点
9、当前是否正常工作。 如果靠人力来监督这件事件是很难办到的，并且会造成很大的经济开销，而且响 应时间较慢。心跳检测系统可以节省人力和经济，它根据外围节点定期发送的报 文来判断和网络连接是否出现故障。 心跳检测技术是 P2P 系统中常见的故障检测方法。在心跳检测技术的原理 是外围节点定期的向主控节点发送心跳报文， 主控节点定期的检测是否接收到外 围节点发送的报文，主控节点定期时间段大于外围节点时间段，主控节点没有接 收到响应节点的心跳报文，则认为此节点或者相关的网络出现故障，并向管理者 报告。 特点：（1）基于 C/S 模式，半结构化的 P2P 存储系统中，服务端判断客户 端是否正常运行，一般采用
10、定时发送简单的心跳检测报文，如果在定期内没有收 到节点的相应报文，则判断网络出现故障，同时也可以用 ping 方法来检测网络 是否连接正常，但是此方法不能够判断出系统崩溃等其他情况。 （2）发送报文方可以是客户端（外围节点） ，也可以是服务端（主控节点） ， 这方面设计是很宽松的，看你实际的需要。本人采用的是客户端发送报文，服务 端不给予回复，服务端只是定期的检查是否接收到报文。 （3）检测方法是客户端（外围节点）每隔几秒发送心跳报文给服务端（主 控节点） 。服务端仅仅是检测报文是否存在，不回复给客户端（外围节点） 。如果 服务端在规定时间内没有收到客户端信息视为连接中断。 （4）心跳检测模块
11、，可以是挂接在系统中，当需要修改时，可以将其修改 在挂接到系统中。 1.2 本文设计的 P2P 存储系统与故障检测模块1.2 本文设计的 P2P 存储系统与故障检测模块 前面也介绍了心跳检测系统的概念，特点，原理，作用。下面我来介绍我 所设计的系统。 该系统主要是管理几百个外围节点， 主要相关的网络编程的知识， 没有数据库存储的相关知识，因此该系统所占用的内存空间较少，还有本系统主 要是应用在局域网中，实现起来的网络连接是比较简单的，测试起来相对容易一 些。本系统实现了比较基础的功能，对于 P2P 存储系统与故障检测来说，还有许 多功能没有完善的实现，例如：当主控节点发现外围节点出现故障，现在
12、假如主 控节点为 P2P 半结构系统中的顶层节点， 外围节点为超级管理节点， 下面还有客 户节点。当顶层节点检测到超级管理节点发生故障时，怎样才能其他节点中选择 出，网络连接很好，节点不容易出现故障的节点，作为超级管理节点。这里就不 但要检测故障，还要对故障进行修复，这需要很多的评估算法和策略。这也是一 些研究者的研究方向。还有物理空间和虚拟空间之间的差距，网络延迟等问题。 对于这些方面我进行深入的研究和涉及。这些还需要更多的时间去研究，实验， 实现。 本人的设计在 Linux 平台下， 采用 C/S 模式， 应用 Boost 库， 用 C+语言实现。 服务端充当主控节点， 客户端充当外围节点
13、。 外围节点先发送 TCP 报文和主控节 点建立连接。连接成功后，将外围节点的信息保存在主控节点中。外围节点向主 控节点发送报文采用 UDP 协议。每隔 1 秒外围节点向主控节点发送一次心跳报 文，主控节点每隔 8 秒检测一下是否有相应节点的心跳报文，根据节点心跳报文 的有无来确定网络连接是否正常。 1.3 本章小结1.3 本章小结 本章介绍了 P2P 存储系统中的心跳检测技术，介绍了心跳检测的概念，心 跳检测的原理，优点。使人们有了一个大致的了解。最后介绍了我自己设计的故 障检测系统的概况，包括其优缺点和实现情况。 第二章 开发环境，工具和技术第二章 开发环境，工具和技术 2.1 Linux
14、 的介绍2.1 Linux 的介绍 Linux 是一套免费使用和自由传播的类 Unix 操作系统， 它主要用于基于 Intel x86 系列 CPU 的计算机上。 这个系统是由全世界各地的成千上万的程序员设计和 实现的。其目的是建立不受任何商品化软件的版权制约的、全世界都能自由使用 的 Unix 兼容产品。 Linux 的出现，最早开始于一位名叫 Linus Torvalds 的计算机业余爱好者，当 时他是芬兰赫尔辛基大学的学生。他的目的是想设计一个代替 Minix（是由一位 名叫 Andrew Tannebaum 的计算机教授编写的一个操作系统示教程序）的操作系 统，这个操作系统可用于 38
15、6、486 或奔腾处理器的个人计算机上，并且具有 Unix 操作系统的全部功能，因而开始了 Linux 雏形的设计。 Linux 以它的高效性和灵活性著称。它能够在 PC 计算机上实现全部的 Unix 特性， 具有多任务、 多用户的能力。 Linux 是在 GNU 公共许可权限下免费获得的， 是一个符合 POSIX 标准的操作系统。Linux 操作系统软件包不仅包括完整的 Linux 操作系统，而且还包括了文本编辑器、高级语言编译器等应用软件。它还包括带 有多个窗口管理器的 X-Windows 图形用户界面， 如同我们使用 Windows NT 一样， 允许我们使用窗口、图标和菜单对系统进行操
16、作。 Linux 之所以受到广大计算机爱好者的喜爱，主要原因有两个，一是它属于 自由软件，用户不用支付任何费用就可以获得它和它的源代码，并且可以根据自 己的需要对它进行必要的修改，无偿对它使用，无约束地继续传播。另一个原因 是，它具有 Unix 的全部功能，任何使用 Unix 操作系统或想要学习 Unix 操作系 统的人都可以从 Linux 中获益。 Linux 的优点： （1）低廉性 ： 基于其低廉成本与高度可设定性，Linux 常常被应用于嵌入式 系统中，例如：机顶盒，移动电话，及行动装置等等。在移动电话上，Linux 已 经成为与 SymbianOS，Windows Mobile 系统并列的三大智能手机操作系统之一。 例如：谷歌开发的 Android 手机操作系统。 （2）广泛性：基于 Linux 的开源性给人们带
