楊芳南，劉 春

(北京交通大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院，北京 100044)

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基于SNMP的應(yīng)用進(jìn)程監(jiān)控系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)

楊芳南，劉 春

(北京交通大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院，北京 100044)

應(yīng)用進(jìn)程的運(yùn)行狀態(tài)直接反映系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的工作情況.引入關(guān)鍵應(yīng)用進(jìn)程監(jiān)控，可以為系統(tǒng)的高效和可靠運(yùn)行提供保障，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化、信息化和智能化.本文面向應(yīng)用進(jìn)程，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)應(yīng)用進(jìn)程監(jiān)控系統(tǒng).該系統(tǒng)基于簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議(SNMP),實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用程序運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)采集、故障告警和自愈等一系列業(yè)務(wù)管理功能，解決了生產(chǎn)過程中信息無法采集、生產(chǎn)過程監(jiān)控乏力和生產(chǎn)計(jì)劃可執(zhí)行度低的問題.該系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用在自動(dòng)化裝配生產(chǎn)線制造執(zhí)行系統(tǒng)中，提高了現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集效率，生產(chǎn)過程的自動(dòng)化程度及信息化管理水平.

簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議;應(yīng)用進(jìn)程;監(jiān)控

在信息化時(shí)代的今天，現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)應(yīng)用到各個(gè)行業(yè)系統(tǒng).目前我國制造企業(yè)大都引進(jìn)了先進(jìn)的產(chǎn)品開發(fā)軟件系統(tǒng)和自動(dòng)化制造裝備等信息管理系統(tǒng)，并通過引進(jìn)和實(shí)踐先進(jìn)制造理念(如精益生產(chǎn)和敏捷制造等)以提高企業(yè)的整體運(yùn)行效率和效益.為構(gòu)建面向行業(yè)的新一代認(rèn)知型制造執(zhí)行系統(tǒng)，為復(fù)雜生產(chǎn)過程管控能力提供基礎(chǔ)，是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理的發(fā)展趨勢之一.生產(chǎn)系統(tǒng)中的基礎(chǔ)設(shè)施是否正常及健康運(yùn)行，關(guān)系到系統(tǒng)的可靠運(yùn)行、效率及生產(chǎn)質(zhì)量.然而，由于生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控管理匱乏，直接制約生產(chǎn)效率，進(jìn)而影響制造企業(yè)的發(fā)展速度.

本文在高鐵機(jī)車關(guān)鍵零部件柔性自動(dòng)化管理裝配生產(chǎn)線與制造執(zhí)行系統(tǒng)下實(shí)現(xiàn).由于在實(shí)際生產(chǎn)過程中,缺乏對(duì)生產(chǎn)線設(shè)備等基礎(chǔ)設(shè)施的工作狀態(tài)和性能的實(shí)時(shí)監(jiān)控,而導(dǎo)致對(duì)自愈技術(shù)的支持較為薄弱.為了解決該問題,提高零部件制造過程的質(zhì)量和效率,本文作者研究開發(fā)了應(yīng)用進(jìn)程監(jiān)控系統(tǒng).

1 應(yīng)用進(jìn)程監(jiān)管系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

應(yīng)用進(jìn)程監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建在各應(yīng)用之上，需要與各被管設(shè)備按照一定的規(guī)范和接口進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和告警等管理，該系統(tǒng)采用層次化的設(shè)計(jì)思想，減少模塊之間的耦合度.詳細(xì)如圖1所示.

整個(gè)監(jiān)控管理平臺(tái)分為5層：展示層、中間層、核心層、擴(kuò)展層和被管設(shè)備層構(gòu)成.其中被管設(shè)備層指被監(jiān)控實(shí)體，主要包括被監(jiān)控進(jìn)程、服務(wù)等；擴(kuò)展層是用來獲取監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、事件告警通知設(shè)置和事件處理設(shè)置；核心層是本平臺(tái)的核心部分，負(fù)責(zé)從管理插件采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的傳輸及告警事件；中間層是指系統(tǒng)日志文件、系統(tǒng)配置文件和數(shù)據(jù)庫；展示層是用來將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)可視化的展示給用戶，以瀏覽器訪問的方式，報(bào)表、二維和三維的展示形式，給用戶以直觀的展示.

2 應(yīng)用監(jiān)控采用的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 監(jiān)測代理研究

針對(duì)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，通過在業(yè)務(wù)系統(tǒng)主機(jī)之上駐留簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議(SNMP)代理，獲取業(yè)務(wù)系統(tǒng)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù).SNMP[1-2]由一組網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)組成，是對(duì)互聯(lián)網(wǎng)中的通信通道的操作[3].SNMP同定義的信息管理庫(Management Information Base，MIB)共同提供一種便捷和有效的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理方法[4].管理信息庫將資源以對(duì)象的形式表現(xiàn)出來，實(shí)現(xiàn)了被管虛擬資源、軟件及物理設(shè)備在邏輯概念上的管理和存儲(chǔ)[5].在管理信息庫中,被管對(duì)象被定義為一種管理信息，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)管理的目的是對(duì)資源進(jìn)行的一種抽象[6]. SNMP體系結(jié)構(gòu)為管理、代理框架.管理端與代理端采用用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議(User Datagram Protocol, UDP)通信，通過對(duì)UDP、trap數(shù)據(jù)包封裝和解析，按照系統(tǒng)對(duì)象模型庫更新狀態(tài).

管理端通過SNMP協(xié)議與代理通信，以定期輪循環(huán)的方式采集監(jiān)控設(shè)備代理的運(yùn)行狀態(tài)，接收從代理發(fā)出的Trap報(bào)文，獲取設(shè)備MIB庫中的信息，對(duì)設(shè)備資源完成監(jiān)視和控制.代理端構(gòu)建被管對(duì)象信息模型，采用管理信息樹對(duì)被管設(shè)備標(biāo)識(shí).其中代理端應(yīng)用程序采用SNMP4J開發(fā)，其實(shí)現(xiàn)流程如圖2所示.

在代理端首先將被管應(yīng)用進(jìn)程或服務(wù)寫入配置文件，應(yīng)用程序通過讀取配置文件，解析被管對(duì)象，采集其運(yùn)行狀態(tài).如果狀態(tài)異常，向管理端發(fā)送trap消息，將異常信息寫入日志文件，并根據(jù)配置文件對(duì)故障進(jìn)程進(jìn)行相應(yīng)的處理.

2.2 自定義MIB

本系統(tǒng)采用實(shí)現(xiàn)了SNMP的開源軟件Net-SNMP，其包含的MIB僅限于RFC或其他規(guī)范統(tǒng)一的MIB，另外一些特殊企業(yè)的MIB也納入了事實(shí)上的規(guī)范，如Cisco、 Microsoft等，但對(duì)一些小型企業(yè)或者個(gè)人想要通過SNMP來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，需要擴(kuò)展MIB庫.編寫規(guī)范統(tǒng)一的定義的MIB，其擴(kuò)展由以下步驟.

1)編寫私有的MIB文件，并將其加入Net-SNMP的src目錄.以擴(kuò)展Process運(yùn)行狀態(tài)為例，選用enterprises子樹下的一個(gè)分支1.3.6.1.4.1.260.1.1，如圖3所示.

在enterprises下定義了ROSS節(jié)點(diǎn)，oid為1.3.6.1.4.1.260，ROSS下又定義了NMRC等節(jié)點(diǎn)，按照邏輯關(guān)系，對(duì)多包含的應(yīng)用進(jìn)程及服務(wù)進(jìn)行標(biāo)識(shí).例如，NMRC包含應(yīng)用進(jìn)程Process，oid為1.3.6.1.4.1.260.1.1.編寫的MIB文件如下：

NMRC-MIB DEFINITIONS::= BEGIN

IMPORTS

enterprises, OBJECT-TYPE,Integer32

FROM SNMPv2-SMI

TEXTUAL-CONVENTION,

DisplayString

FROM SNMPv2-TC;

NMRC OBJEC IDENTIFIER::={enterprises 260}

APPLICATION OBJECT IDENTIFIER::=

{NMRC 1}

Process OBJECT IDENTIFIER::={APPLICA-

TION 1}

ProcessStatus OBJECT-TYPE

SYNTAX INTEGER{

running(0);

failure(2);

}

MAX-ACCESS read-only

STATUS current

DESCRIPTION

"The status of Process"

::={Process1}

END

其中：NMRC-MIB是自定義的MIB Module 的名稱；NMRC為自定義的MIB 樹的中間節(jié)點(diǎn)；Process為自定義的MIB 樹的葉子節(jié)點(diǎn)[7].可以使用snmptranslate -IR -Tp NMRC命令校驗(yàn)MIB文件,如下：

#snmptranslate -IR -Tp NMRC

+--NMRC(260)

|

+--APPLICATION(1)

|

+--Process(1)

|

+-- -R-- EnumVal

ProcessStatus(1)

Values: running(0),

failure(2)

2)通過configure的option指示make編譯該mib，如：

/configure-with-mib-modules="NMRC"

3)make

4)make install

至此，自定義MIB生效.SNMP協(xié)議通過查詢代理MIB中相應(yīng)對(duì)象的值，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)用進(jìn)程狀態(tài)的監(jiān)視.通過對(duì)監(jiān)控指標(biāo)、具體服務(wù)進(jìn)程啟動(dòng)與關(guān)閉所執(zhí)行的命令進(jìn)行數(shù)據(jù)采集.對(duì)來自管理端的報(bào)文解包和分析，對(duì)具體的被管對(duì)象和運(yùn)行狀態(tài)與物理對(duì)象映射.當(dāng)發(fā)生故障(如關(guān)鍵進(jìn)程中斷)時(shí)負(fù)責(zé)向管理工作站發(fā)送Trap報(bào)告，實(shí)時(shí)報(bào)警.

2.3 進(jìn)程協(xié)同操作建模

由于系統(tǒng)中應(yīng)用進(jìn)程之間存在復(fù)雜的關(guān)系，當(dāng)一個(gè)應(yīng)用進(jìn)程出現(xiàn)故障時(shí)，與其相關(guān)聯(lián)的進(jìn)程可能會(huì)受到影響，為了將實(shí)際的業(yè)務(wù)邏輯抽離出來，需對(duì)進(jìn)程間協(xié)同操作關(guān)系進(jìn)行建模.

采用Hibernate[8]對(duì)象關(guān)系映射框架實(shí)現(xiàn)進(jìn)程協(xié)同[9]操作建模.Hibernate是一個(gè)輕量級(jí)容器，使用數(shù)據(jù)庫、映射文件和配置文件為應(yīng)用程序提供服務(wù).其內(nèi)部封裝了JDBC訪問數(shù)據(jù)庫的操作，向應(yīng)用程序提供了面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)訪問接口.映射文件定義了視圖或數(shù)據(jù)庫表與持久化類的映射關(guān)系.配置文件包含數(shù)據(jù)庫的連接及基本映射信息，即系統(tǒng)中每一個(gè)類與其對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫表之間的關(guān)聯(lián)信息.建模體系結(jié)構(gòu)如圖4所示.

1)將進(jìn)程及進(jìn)程間關(guān)聯(lián)關(guān)系映射到數(shù)據(jù)庫對(duì)象表和關(guān)系表.對(duì)象表存放被監(jiān)控應(yīng)用，有其文字描述、圖片和位置信息.關(guān)系表存放有關(guān)聯(lián)關(guān)系的應(yīng)用進(jìn)程、進(jìn)程間連線顏色及關(guān)系描述.其次，創(chuàng)建Hibernate配置文件和映射文件.Hibernate容器讀入配置文件，得到數(shù)據(jù)庫配置信息，進(jìn)行連接，根據(jù)映射文件得到數(shù)據(jù)庫對(duì)象與業(yè)務(wù)對(duì)象之間的映射關(guān)系.

2)由持久化操作接口對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行持久化操作.同時(shí)，Hibernate通過反射機(jī)制把對(duì)象的增加、刪除、修改、查找操作轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的SQL語句，實(shí)現(xiàn)對(duì)象的持久化管理.當(dāng)讀取數(shù)據(jù)時(shí)，Hibernate根據(jù)映射文件中數(shù)據(jù)庫字段和屬性的映射關(guān)系，將字段的內(nèi)容填充到對(duì)象的屬性中，生成業(yè)務(wù)對(duì)象，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)象關(guān)系的映射.部分應(yīng)用進(jìn)程之間協(xié)同關(guān)系如圖5所示.

圖5中，進(jìn)程1，2,…，9分別代表9個(gè)應(yīng)用進(jìn)程，之間連線表示兩進(jìn)程之間的依賴關(guān)系，箭頭指向依賴的對(duì)象，當(dāng)某一進(jìn)程與多個(gè)進(jìn)程有依賴關(guān)系時(shí)，關(guān)聯(lián)關(guān)系1，關(guān)聯(lián)關(guān)系2分別表示該進(jìn)程依賴其他進(jìn)程的先后順序.

3 應(yīng)用進(jìn)程監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

3.1 環(huán)境搭建及配置管理

本文應(yīng)用進(jìn)程監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境為CentOS 6.0，代理開發(fā)環(huán)境為Eclipse Mars 4.5.0，數(shù)據(jù)庫為Mysql 5.0.將被管設(shè)備、被管服務(wù)、關(guān)鍵進(jìn)程及進(jìn)程監(jiān)控管理插件配置到管理平臺(tái)上.

3.2 應(yīng)用進(jìn)程監(jiān)測

對(duì)應(yīng)用進(jìn)程的監(jiān)測包括兩部分：應(yīng)用進(jìn)程監(jiān)控代理和進(jìn)程監(jiān)控管理插件.應(yīng)用進(jìn)程監(jiān)控代理駐留在被監(jiān)測等應(yīng)用服務(wù)器上；進(jìn)程管理插件位于應(yīng)用進(jìn)程監(jiān)控管理平臺(tái).

1)進(jìn)程管理插件，是由告警消息監(jiān)聽、解析及控制命令轉(zhuǎn)發(fā)3部分組成.應(yīng)用進(jìn)程監(jiān)控管理平臺(tái)可以通過進(jìn)程管理插件下發(fā)控制命令，采集應(yīng)用軟件的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)告警消息進(jìn)行解析，并發(fā)送給監(jiān)控管理平臺(tái)，進(jìn)行可視化顯示.此外，監(jiān)控管理平臺(tái)也可以隨時(shí)下發(fā)控制命令對(duì)應(yīng)用軟件進(jìn)行重啟或者關(guān)閉等操作.

2)應(yīng)用進(jìn)程監(jiān)控代理，是可以對(duì)服務(wù)器上運(yùn)行的應(yīng)用進(jìn)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)應(yīng)用進(jìn)程被關(guān)閉或者被錯(cuò)誤掛起時(shí)，可向進(jìn)程監(jiān)控管理插件發(fā)送告警消息.同時(shí)，根據(jù)配置要求，通過設(shè)定好的重啟命令進(jìn)行自動(dòng)重啟，縮短處理時(shí)間，實(shí)現(xiàn)進(jìn)程的自愈.

3.3 可視化展示

應(yīng)用進(jìn)程監(jiān)控系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，將被管對(duì)象的狀態(tài)實(shí)時(shí)展示，可以查看當(dāng)前的狀態(tài)、最近檢查時(shí)間和持續(xù)時(shí)間等信息，以被管的一臺(tái)機(jī)器網(wǎng)管中心_73及其應(yīng)用Wps.exe為例，其運(yùn)行正常、異常關(guān)閉及未知狀態(tài)如圖6所示.

應(yīng)用進(jìn)程Wps.exe運(yùn)行正常時(shí)、異常關(guān)閉時(shí)分別顯示為綠色的正常狀態(tài)、紅色的嚴(yán)重告警；當(dāng)代理關(guān)閉時(shí)，未能采集應(yīng)用進(jìn)程的運(yùn)行情況，顯示為未知狀態(tài).

應(yīng)用進(jìn)程監(jiān)控系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，將被管對(duì)象的狀態(tài)實(shí)時(shí)展示，該系統(tǒng)可以查看所有主機(jī)運(yùn)行的應(yīng)用進(jìn)程、應(yīng)用進(jìn)程的狀態(tài)、最近檢查時(shí)間、持續(xù)時(shí)間、嘗試次數(shù)、狀態(tài)詳情等信息.其中，應(yīng)用進(jìn)程狀態(tài)以其運(yùn)行正常和異常，分別顯示為正常和嚴(yán)重；當(dāng)代理未啟動(dòng)或管理端服務(wù)未開啟，監(jiān)測不到應(yīng)用進(jìn)程運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，狀態(tài)信息為未知.以被監(jiān)控的一臺(tái)主機(jī)網(wǎng)管中心_73及其應(yīng)用進(jìn)程Wps.exe為例，其正常、異常和未知3種情況的監(jiān)控信息展示如圖6所示.

3.4 方案優(yōu)勢

對(duì)新添加的應(yīng)用和服務(wù)只需簡單修改配置文件即可，方便簡潔；監(jiān)控信息通過插件獲取，可根據(jù)具體需求定制插件，擴(kuò)展性強(qiáng)；可監(jiān)控大數(shù)據(jù)平臺(tái)，也可部署于大數(shù)據(jù)平臺(tái)；支持多語言；提供清晰地報(bào)表、二維和三維的顯示，三維生成的立體空間，可方便地表明設(shè)備的位置及出錯(cuò)信息.

4 結(jié)語

本文作者設(shè)計(jì)了應(yīng)用進(jìn)程監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)中服務(wù)及應(yīng)用進(jìn)程等工作狀態(tài)和性能的監(jiān)控，根據(jù)需求，對(duì)監(jiān)控信息進(jìn)行Web、報(bào)表、二維和三維的可視化展示，添加事件告警處理,實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)故障自愈，保障了系統(tǒng)的安全、可靠和高效運(yùn)行.

本文的主要工作有：實(shí)現(xiàn)了可擴(kuò)展的分層應(yīng)用監(jiān)控架構(gòu)；根據(jù)特定需求，自定義MIB庫；提出了進(jìn)程協(xié)同操作建模.下一步工作為：對(duì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)故障預(yù)測與健康評(píng)估.

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Research and implementation of application process monitoring based on SNMP

YANGFangnan，LIUChun

(School of Computer and Information Technology, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044,China)

The working state of the application process directly reflects the operation of the infrastructure. The introduction of the application of critical process monitoring is to ensure the healthy operation of the system's infrastructure, to provide protection for the efficient and reliable operation of the system, so as to realize the production automation, information and intelligence. In this paper, a real-time monitoring and management system is designed and implemented. The system is based on Simple Network Management Protocol(SNMP), which implements a series of business management functions, such as operation status data acquisition, fault alarm, self-healing etc, solving the problem that the information can not be collected, the weakness of process monitoring and the low executable of production plan. The system has been applied in the flexible automated assembly line and manufacturing execution system, improving the efficiency of field data collection, the automation of the production process and the level of information management.

simple network management protocol; application process; monitoring

2016-03-03

國家科技支撐項(xiàng)目資助(2015BAF08B02)

楊芳南(1963—),女,湖南瀏陽人，高級(jí)工程師.研究方向?yàn)殍F路信息技術(shù).email:fnyang@bjtu.edu.cn.

TP393

B

1673-0291(2016)05-0035-05

10.11860/j.issn.1673-0291.2016.05.006