【文章內(nèi)容簡介】 變量沒有類型 　　Ruby的變量可以保有任何類型的數(shù)據(jù)。 命名規(guī)則 　　Ruby的變量有一定的規(guī)則，以$開頭的一定是全局變量，以@開頭的都是實例變量，而以@@開 頭的是類變量。 常數(shù)則以大寫字母開頭；這種方法，對文本編輯器的命令補全很有幫助，如在vim下先鍵入$及開頭字母，再敲擊Ctrl+p，則可專門補全本文件以及關(guān)聯(lián)文 件中的全局變量，perl與php亦有此優(yōu)點。 第三章 監(jiān)測信息采集方法的分析與實現(xiàn)監(jiān)測系統(tǒng)需要從目標系統(tǒng)上獲取系統(tǒng)信息，主要取決于兩個基本因素:l 故障假設: 系統(tǒng)的故障可能出現(xiàn)在什么地方，就需要對相應的數(shù)據(jù)進行監(jiān)控。對于系統(tǒng)中故障出現(xiàn)幾率越大的地方，就需要獲取越多的相關(guān)信息，以便觀察和準確判斷系統(tǒng)的失效。例如，對于順序執(zhí)行的系統(tǒng)，觀察其輸入、輸出就足夠了，而對于多任務系統(tǒng)，還需要觀察任務執(zhí)行的順序和訪問共享資源的順序。對于實時多任務系統(tǒng)，還要進一步觀察任務的時間特性。因此，如果把順序軟件的監(jiān)控方法作為實時多任務的監(jiān)控方法，就只能發(fā)現(xiàn)順序軟件中出現(xiàn)的錯誤，故而不能反應實時多任務全部的錯誤所在。因此建立一個切合實際的故障假設，是監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)。l 系統(tǒng)的邏輯知識:系統(tǒng)都有自己的行為和屬性，故障假設的合理與否就是建立在系統(tǒng)的環(huán)境和結(jié)構(gòu)之上的。例如，一個嚴格周期時間觸發(fā)、采用固定優(yōu)先級或靜態(tài)調(diào)度的系統(tǒng)，系統(tǒng)在所有任務的最小公倍數(shù)(LCM)后將重復執(zhí)行。但對于一個事件觸發(fā)的系統(tǒng)，就沒有這些規(guī)律，因而不得不觀察更多的信息來觀察其行為。根據(jù)故障假設和系統(tǒng)的邏輯知識，把機群需要觀察的數(shù)據(jù)分為三類:1. 數(shù)據(jù)流(內(nèi)部和外部)l 輸入流:輸入流是否合法，例如某個輸入不是由系統(tǒng)本身產(chǎn)生的，而是由外部進程或環(huán)境偽造的。l 輸出流:輸出流是否合理，根據(jù)預先定義好的接口，觀察任務產(chǎn)生的結(jié)果，分析邏輯結(jié)果和時序是否正確。這也包括節(jié)點間傳遞的各種信息。l 輔助輸出流:不是由預先定義好的接口產(chǎn)生的中間變量，程序狀態(tài)等。如通過斷言(assert)或者是程序輸出函數(shù)產(chǎn)生的中間值。對于機群，情況更加復雜，需要預先定義需要的輔助輸出的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如網(wǎng)絡上收到的消息、讀取的A/D轉(zhuǎn)換器的值等。由于額外輸出都要消耗內(nèi)存，占用通信帶寬，處理器的執(zhí)行時間，因此在設計系統(tǒng)和規(guī)劃調(diào)度時都要把這些輔助輸出考慮進去以免引起監(jiān)控的探測效應。2. 控制流(執(zhí)行和定時)l 輸入流、輸出流、輔助輸出流、節(jié)點間的消息的控制信息:包括在什么時候，以何種順序接收輸入流，什么時候，以何種順序發(fā)送輸出結(jié)果等相關(guān)控制信息。l 任務控制信息:任務的開始時間，何時被其他任務搶占，及其結(jié)束時間等。可以利用這些信息驅(qū)動任務之間的同步和執(zhí)行順序。也可以利用時間信息來機群監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設計評價一個任務是否開始得太早或太晚，結(jié)束得太晚或太早。進一步，計算出任務的周期間隔來判斷抖動是否滿足系統(tǒng)要求。利用這些信息還可以計算任務執(zhí)行的時間。l 中斷控制信息:中斷在什么時間執(zhí)行、執(zhí)行多長時間、并且是以怎樣的方式干擾實時任務。利用這些信息，可以判斷中斷如何干擾任務的執(zhí)行，可以獲取中斷開銷。l 實時內(nèi)核開銷:實時內(nèi)核的執(zhí)行時間是多少、中斷禁止產(chǎn)生的延遲是多少，也就是說，當內(nèi)核需要執(zhí)行一個原子操作時，為了不受到其他任務干擾采用中斷方式，內(nèi)核需要多長時間屏蔽所有中斷。l 滴答速度:滴答速度是實時內(nèi)核被觸發(fā)以決定執(zhí)行那一個新的調(diào)度的頻率。但是滴答速度可能因為全局時鐘同步而發(fā)生變化。就是說當本地時鐘比全局時鐘快或慢時，本地時鐘滴答間的間隔的就應該相應的應該增加或減少。3. 資源利用狀況l 內(nèi)存占用情況:任務、中斷服務程序、內(nèi)核、堆棧等分別占用多少內(nèi)存，內(nèi)存總量，有多少內(nèi)存被占用，有多少空閑等。l 處理器利用情況:處理器的占用情況，包括每個節(jié)點處理器數(shù)量，每個處理器主頻，占用量，空閑量等。l 網(wǎng)絡利用情況:網(wǎng)絡總帶寬、發(fā)送和接收字節(jié)數(shù)量，接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包數(shù)量，丟失包數(shù)量等。l 實時內(nèi)核的狀態(tài):那些任務在排隊等待運行，那個任務正在運行，那些任務被阻塞。l 磁盤利用情況:磁盤的分區(qū)情況，磁盤總量，占用情況，剩余情況等。對監(jiān)控系統(tǒng)而言，確定那些信息是必須的是非常重要的，如果獲取太多的信息，必定會大大的影響系統(tǒng)的性能，如果獲取得太少，則觀察到的系統(tǒng)的行為將會太粗糙，或者根本不能判斷出系統(tǒng)為什么和怎么會表現(xiàn)出的某些行為。這往往需要根據(jù)故障假設和系統(tǒng)的固有屬性來選擇需要觀察的對象。 幾種可采用的監(jiān)測信息采集方法可用的監(jiān)測信息方法有：shell命令采集法、基于Glibtop庫的采集方法、基于Linux/UNIX內(nèi)核模塊的采集方法、/proc偽文件系統(tǒng)采集方法。以下將對這幾種監(jiān)測信息采集方法做出分析和評價。 shell命令采集方法Linux/UNIX操作系統(tǒng)都提供了Shell命令來查看系統(tǒng)信息和執(zhí)行腳本，因此shell命令采集方法實現(xiàn)簡單，且不存在任何不兼容問題，這是目前許多監(jiān)測系統(tǒng)所采用的方法。Shell命令采集方法的過程如下: (1)監(jiān)測機向被監(jiān)測機操作系統(tǒng)傳遞shell命令。(2)被監(jiān)測機操作系統(tǒng)返回shell命令執(zhí)行的結(jié)果。(3)監(jiān)測機解析返回的執(zhí)行結(jié)果。(4)判斷是否還有監(jiān)測信息需要獲取，是，則重復步驟(l)一(3)，否則結(jié)束。以Linux操作系統(tǒng)為例，ps命令顯示當前系統(tǒng)進程的列表，free命令顯示系統(tǒng)的物理內(nèi)存和交換區(qū)的總量以及已使用的、空閑的、共享的、在內(nèi)核緩沖內(nèi)的和被緩沖的內(nèi)存數(shù)量等。獲取當前進程和內(nèi)存使用都是通常監(jiān)測信息所包含的內(nèi)容，在UNIX操作系統(tǒng)中，命令或其選項可能稍有差異。shell命令采集方法有如下特點:(1)實現(xiàn)簡單。Linux/UNIX操作系統(tǒng)都提供了shell命令，DCU只要向操作系統(tǒng)發(fā)送采集監(jiān)測信息的相應命令后解析返回結(jié)果即可。(2)在Telnet連接方式下有效。在沒有監(jiān)測系統(tǒng)的情況下，由于大多數(shù)Windows、Linux和UNIX操作系統(tǒng)都提供Telnet服務，系統(tǒng)管理員采用手動監(jiān)測的方法，在本地Windows操作系統(tǒng)下即可使用Telnet方式連接到被監(jiān)測機，作為被監(jiān)測機的虛擬終端執(zhí)行Shell命令，并返回執(zhí)行結(jié)果。因此，Shell命令采集方法在Telnet連接方式下有效。(3)工作量大。不同的監(jiān)測信息需要通過執(zhí)行不同的shell命令實現(xiàn)，在開發(fā)過程中需要掌握大量的shell命令，并且針對每個shell命令的返回結(jié)果設計不同的解析方法。(4)靈活性差。在改變監(jiān)測內(nèi)容，即增加或刪除監(jiān)測內(nèi)容時軟件的自適應能力差。當需要采集新的監(jiān)測信息時，需加入新的Shell命令，分析新的返回結(jié)果，設計新的解析方法，也即需要較大地改動機群監(jiān)測系統(tǒng)軟件，使得軟件的靈活性差。(5)效率低。由于需要不斷獲取各種動態(tài)的實時負載信息，須不斷地調(diào)用相應的:hen命令，而使用Shell命令，需要創(chuàng)建新的進程，為了獲取這些實時信息，需要進行系統(tǒng)調(diào)用，這些都需要一定的開銷。因此，頻繁使用shell命令顯然將直接影響到被監(jiān)測機的性能，造成機群系統(tǒng)工作效率。 基于Glibtop庫的采集方法Linux操作系統(tǒng)在Gnome(GUN Network Object Model Environment，GUN網(wǎng)絡對象模型環(huán)境)下提供了Glibtop庫。Glibtop庫需要通過安裝軟件包才可獲得，安裝完成后在/user/include下產(chǎn)生glibtop目錄，每個頭文件定義了一種數(shù)據(jù)類型，并提供一個系統(tǒng)函數(shù)，用以獲得相應的系統(tǒng)信息。例如，glibtop_get_cpu()可獲取CPU的使用狀態(tài)，glibtop_get_proclist()可獲取當前進程列表，glibtop_get_mem()可獲取內(nèi)存的使用狀態(tài)等。基于Glibtop庫的采集方法的特點如下:(l)實現(xiàn)簡單。調(diào)用Glibtop庫中提供的相應函數(shù)，并傳遞必要的參數(shù)即可獲得監(jiān)測信息，不需要傳遞Shell命令和解析文本文件。(2)效率較好。不需執(zhí)行多個shell命令和解析文本文件，使監(jiān)測系統(tǒng)軟件對被監(jiān)測機的資源占用較小。(3)可移植性較好。在Glibtop庫中，所有函數(shù)和取回的信息數(shù)據(jù)都與操作系統(tǒng)無關(guān)，因此具有較好的可移植性。(4)工作量一般。主要工作針對于Glibtop庫函數(shù)功能的分析，找到可獲得所需監(jiān)測信息的相應庫函數(shù)，并分析返回結(jié)果的類型和各結(jié)果之間的關(guān)系。如內(nèi)存利用率并未由返回結(jié)果直接給出，則需通過返回相應結(jié)果()計算獲得。(5)靈活性差。由庫函數(shù)獲得的監(jiān)測信息內(nèi)容固定，當需要擴充監(jiān)測信息內(nèi)容時，需分析和調(diào)用新的庫函數(shù)，并分析返回結(jié)果。(6)需要Gnome環(huán)境和Glibtop庫的安裝。幾乎所有的Linux發(fā)布版本中都提供了Gnome環(huán)境，并且Glibtop庫的安裝也較簡單，但在被監(jiān)測機數(shù)量較大或在機群擴展時，除了安裝服務器端軟件，還需檢查Glibtop庫是否己安裝，因此，Glibtop庫的安裝將帶來不小的人力開銷，也降低了機群監(jiān)測系統(tǒng)的兼容性和擴展性。 基于Linux/UNIX內(nèi)核模塊的采集方法Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核為了擴展其功能，(Loadable Kernel Module，LKM)的概念。LKM的優(yōu)點是動態(tài)加載，無須重新實現(xiàn)整個內(nèi)核。LKM運行在內(nèi)核態(tài)因此它可以直接訪問內(nèi)核空間基于Linux/UNIX內(nèi)核模塊的采集方法就是利用LKM的這一特點，直接在內(nèi)核中訪問需要的監(jiān)測信息?；贚inux/UNIX內(nèi)核模塊的采集方法的特點如下:(l)靈活性好。所有監(jiān)測信息的獲得都可以通過LKM直接訪問內(nèi)核空間讀取監(jiān)測信息的方法來實現(xiàn)，而不用解析不同文本文件，并設計多種不同的解析方法。(2)效率一般。，。(3)實現(xiàn)很復雜。涉及到 Linux/UNIX可加載內(nèi)核模塊的設計，需獲取監(jiān)測信息在內(nèi)核空間的地址，需解決內(nèi)核態(tài)與用戶態(tài)的通信。(4)工作量大。這種方法的工作量不在于繁瑣地解析文件，而是需要設計軟件的體系結(jié)構(gòu)，尋求實現(xiàn)方法，并處理好LKM與原操作系統(tǒng)內(nèi)核的關(guān)系，因為LKM的少許差錯將導致系統(tǒng)的崩潰。 /proc偽文件系統(tǒng)采集方法/proc(process information pseudo filesystem，進程信息偽文件系統(tǒng))文件系統(tǒng)之所以稱為偽文件系統(tǒng)，因為它是由Linux/Unix內(nèi)核動態(tài)維護和更新的一個虛擬的文件系統(tǒng)，并不存在于硬盤上，只存在于內(nèi)核核心態(tài)空間，在操作系統(tǒng)啟動時由內(nèi)核自動裝載在/proc目錄下。在/proc文件系統(tǒng)中包括有CPU狀況、內(nèi)存和文件使用狀況、網(wǎng)絡狀況、進程狀況等信息，這些信息由內(nèi)核不斷更新，保證實時性，并且這些信息以文件形式存儲，只要通過文件讀取的方式即可獲得。 /proc偽文件系統(tǒng)中各文件包含了不同的內(nèi)核信息，表21中列舉了部分文件。表21/proc文件舉例Table 21/proc File examples/proc文件包含的信息/proc/cpuinfoCPU信息/proc/stat內(nèi)核/系統(tǒng)狀態(tài)信息/proc/devices可用設備/proc/ksyms內(nèi)核符號表/proc/meminfo內(nèi)存信息/proc/version內(nèi)核版本/proc/modules加載模塊列表/proc/swaps交換空間信息/proc/pciPCI設備信息通過表21可知，要獲取CPU信息，可通過解析/proc/cpuinfo文件即可，而獲取內(nèi)存信息，則可通過解析 /proc/meminfo文件來獲得。/proc偽文件系統(tǒng)采集方法的特點如下:(1)實現(xiàn)簡單。/proc偽文件系統(tǒng)采集方法只需要通過解析相應的/proc文件即可獲得監(jiān)測信息。而且文件已經(jīng)存在，不需要執(zhí)行Shell命令并重定向到文件后再解析。(2)效率較好。/proc偽文件系統(tǒng)采集方法省略了shell命令的執(zhí)行和返回結(jié)果的重定向，節(jié)省了一定的開銷。并且，內(nèi)核較好地優(yōu)化了對該文件系統(tǒng)的算法，且它位于內(nèi)核核心態(tài)空間，通過讀取 /proc文件系統(tǒng)獲取實時信息，系統(tǒng)開銷小，對機群影響小。(3)在Telnet連接方式下有效。結(jié)合shell命令的使用，如cat、more命令，同樣從本地Windows操作系統(tǒng)通過Telnet方式連接到被監(jiān)測機，可以得到/proc文件的內(nèi)容。(4)工作量較大。獲得一個監(jiān)測信息即需解析相應的/proc文件，和shell命令采集方法類似，對不同的/proc文件采需用不同的解析方法，因此開發(fā)者需對不同的 /proc文件都要有較全面的理解，才能針對不同的 /proc文件解析出有價值的信息。(5)靈活性較差。與shell命令采集方法類似，當需要采集新的監(jiān)測信息時，需分析新的/proc文件，設計新的解析方法，即需較多地改動機群監(jiān)測系統(tǒng)軟件，使得軟件的靈活性差。綜合分析這四種監(jiān)測信息采集方法的特點，/proc偽文件系統(tǒng)采集方法實現(xiàn)不但簡單，并且對機群的影響較小。又由于Linux/UNIX都支持 /proc文件系統(tǒng)，因此，本文設計的機群監(jiān)測系統(tǒng)在采用基于/proc偽文件系統(tǒng)采集方法，并結(jié)合shell命令采集監(jiān)測信息。 通過/proc虛擬文件系統(tǒng)采集數(shù)據(jù) 監(jiān)測信息采集原理介紹過去，類似ps和uptime這樣的UNIX程序必須通過直接訪問內(nèi)核的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來檢索系統(tǒng)信息。這樣做需要掌握內(nèi)核內(nèi)部的知識，而且要注意不要在訪問那些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的時候修改他們的值。程序必須設置setuid位成為超級用戶后才可以訪問內(nèi)核的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；這意味著如果程序編寫不當很容易帶來安全隱患。這些程序還必須隨內(nèi)核的改變而頻繁地進行重新編寫，因為內(nèi)核中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的位置和布局都改變了。某些比較現(xiàn)代的操作系統(tǒng)實現(xiàn)了一個/proc文件系統(tǒng)，可以通過讀取它所包含的特殊文件來訪問系統(tǒng)的狀態(tài)信息。這些文件統(tǒng)稱都是純文本文件，既可以用手工也可以用Linux標準的文件處理工具，如:cat、grep、more等察看它們，同樣，使用標準的I/O讀寫函數(shù)就可以對他們進行操作。/proc文件系統(tǒng)是一個偽文件系統(tǒng)，它只存在內(nèi)存中，而不占用外存空間。它以文件系統(tǒng)的方式為訪問系統(tǒng)內(nèi)核數(shù)據(jù)的操作提供接口。用戶和應用程序可以通過/proc文件系統(tǒng)得到系統(tǒng)和每個進程