分布式系统中消息中间件设计与实现

论文摘要

近年来中间件迅速发展,各种技术标准也相应地被提出来了。消息中间件是一种基于消息传递的中间件,它利用高效可靠的消息传递机制进行与平台无关的数据通信,并通过数据通信来进行分布式系统的集成和互操作,通过消息中间件可以很容易的实现分布式系统的伸缩性和扩展性。某实时分布式系统广泛应用于航空部门,在该系统中使用消息中间件所能简化整个系统的开发,能增强稳定性,能提高处理性能,便于维护,减少开发成本。尽管消息中间件能为系统带来非常多的好处和优势,但因该实时分布式系统的特殊性,主要有实时性、稳定性、可靠性和低资源消耗四个方面的要求,该系统对应用于其中的消息中间要求很严格,应用于该系统的消息中间件在设计和实现上都不同于普通的消息中间件。在参与该系统的研发过程中,设计并开发出了一个消息中间件。主要采用了面向数据的设计和开发思路,研发出了适合于实时分布式系统的消息中间件,在实际应用中效果良好。整个消息中间件包括两个独立的部分：CDC(Consistence Data Copies)和MQM(Message Queuing Middleware)。这两个部分都是可运行的进程,并提供独立的数据接口。CDC提供数据一致性服务,它在每个网络节点上拥有一个数据副本,CDC进程就是要保证所有节点上该数据副本的一致性。应用进程可以通过CDC提供的应用接口来获取数据的变更消息,或者操作本节点的数据的副本,当然,这些操作马上会反应到其它副本上,其他应用进程也会得到数据变更的通知,如果需要,它就可以去获取最新的数据。MQM则是为各个应用进程提供满足它传送各种属性数据的服务。MQM可以为应用进程提供灵活的服务,应用进程可以传送任何未预先预料到的数据,并且可以根据要求为该数据定义实时、可靠、永久和有序等属性,MQM则会采用不同的传送方式来满足消息的这些属性,让目的进程正确(正确的时间、正确的地点和正确的数据)的收到消息。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 中间件的发展和前景
• 1.1.2 中间件的特点和优缺点
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究意义
• 1.4 本文内容安排
• 第2章 相关知识介绍
• 2.1 消息中间件
• 2.1.1 中间件的概念和定义
• 2.1.2 中间件的分类
• 2.1.3 消息中间件主要特点
• 2.1.4 通信模型
• 2.1.5 主要优势
• 2.2 实时分布式系统介绍
• 2.2.1 典型实时分布式系统环境与结构
• 2.2.2 实时分布式系统使用消息中间件的必要性和优点
• 2.2.3 消息中间件在ATC系统中的应用
• 2.3 本章小结
• 第3章 系统整体设计
• 3.1 CDC设计
• 3.1.1 CDC设计思路
• 3.1.2 CDC结构
• 3.1.3 CDC算法设计
• 3.2 MQM设计
• 3.3 本章小结
• 第4章 CDC实现
• 4.1 CDC的具体实现
• 4.1.1 数据管理器
• 4.1.2 数据同步管理器
• 4.1.3 应用进程服务器
• 4.1.4 CDC进程启动初始化
• 4.1.5 状态管理器
• 4.1.6 数据（压缩、安全）管理器
• 4.1.7 日志管理器
• 4.1.8 稳定性管理器
• 4.1.9 数据的格式,序列化/反序列化
• 4.1.10 应用程序接口
• 4.2 CDC关键算法
• 4.2.1 Master的选举和冲突解决算法
• 4.2.2 新节点注册算法
• 4.2.3 节点数据更新算法
• 4.2.4 数据重传算法
• 4.2.5 节点心跳
• 4.2.6 CDC的数据冲突解决算法
• 4.3 CDC的主要特性
• 4.3.1 环境的复杂性
• 4.3.2 稳定性
• 4.3.3 实时性的保证
• 4.3.4 数据一致性
• 4.4 本章小结
• 第5章 MQM实现
• 5.1 MQM具体实现
• 5.1.1 消息定义
• 5.1.2 消息队列
• 5.1.3 消息传递模式
• 5.1.4 队列管理器
• 5.1.5 BNS和应用进程服务器
• 5.1.6 本地消息代理
• 5.1.7 远程消息代理
• 5.2 MQM主要特点
• 5.3 系统测试
• 5.4 本章小结
• 第6章. 总结及展望
• 6.1 本文总结
• 6.2 对于未来工作的展望
• 参考文献
• 致谢