CN101572709B - 套接字连接的切换方法、系统、服务器和客户端设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种套接字(Socket)连接的切换方法、系统、服务器和客户端设备，其中方法包括：第一服务器的传输层模块接收来自第二服务器的切换请求消息，所述切换请求消息携带第二服务器的地址和监听端口信息；根据所述切换请求消息，第一服务器的传输层模块向客户端的传输层模块发送切换开始消息，所述切换开始消息携带第二服务器的地址和监听端口信息；客户端的传输层模块根据所述切换开始消息，断开与第一服务器的传输层模块之间的Socket连接；根据所述切换开始消息中的第二服务器的地址和监听端口信息，建立与第二服务器的传输层模块之间的Socket连接。本发明能够实现对应用层透明的Socket连接切换，减轻应用层的负担。
Description
技术领域
本发明涉及分布式设备技术领域，特别涉及套接字(Socket)连接的切换方法、系统、服务器和客户端设备。
背景技术
在现有技术中，一个单板包括上层的应用层模块和下层的传输层模块，两个单板的传输层模块之间采用一种典型的进程间通信(IPC)机制，即Socket连接，为上层的应用层模块提供可靠的通信服务。如图1所示，图1为现有技术中单板的结构及连接关系示意图。Socket连接实质上提供了进程通信的端点，在进程通信之前，双方首先必须各自创建一个套接字，之后才能建立Socket连接。套接字间的Socket连接建立过程分为三个步骤：服务器监听，客户端请求和Socket连接确认。
通信的双方采用客户端/服务器模型，多个服务器之间形成备份关系，如果当前的旧服务器出现故障，则需要将Socket连接切换到新服务器上，如图2示出了现有技术中新旧服务器的切换过程。
上述的Socket切换过程通常需要应用层模块的介入控制，具体过程为：客户端的应用层模块向传输层模块发送关闭指令，根据该关闭指令，客户端的传输层模块主动关闭与旧服务器的传输层模块之间的Socket连接；之后，客户端的应用层模块再在适当的时机向传输层模块发送连接指令，该连接指令中包含了新服务器的位置信息；根据该连接指令，客户端的传输层模块主动建立与新服务器的传输层模块之间的新的Socket连接。由于现有的Socket连接切换过程需要应用层模块的介入，这就需要应用层模块了解各个服务器的位置信息，并且明确切换的时机，这些要求都增加了应用程序的复杂性，加重了应用层模块的负担。
发明内容
本发明提出一种Socket连接的切换方法，该方法对应用层完全透明，能够减轻应用层的负担。
本发明还提出一种系统、服务器和客户端设备，能够实现对应用层完全透明的Socket连接切换，减轻应用层的负担。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种Socket连接的切换方法，包括：
第一服务器的传输层模块接收来自第二服务器的切换请求消息，所述切换请求消息携带第二服务器的地址和监听端口信息；
根据所述切换请求消息，第一服务器的传输层模块向客户端的传输层模块发送切换开始消息，所述切换开始消息携带第二服务器的地址和监听端口信息；
客户端的传输层模块接收到所述切换开始消息后，暂停为客户端的应用层模块发送数据，并根据所述切换开始消息，断开与第一服务器的传输层模块之间的Socket连接；根据所述切换开始消息中的第二服务器的地址和监听端口信息，建立与第二服务器的传输层模块之间的Socket连接，并在建立与第二服务器的传输层模块之间的Socket连接之后，重新恢复为客户端的应用层模块发送数据。
一种Socket连接的切换系统，包括：第一服务器、第二服务器和客户端；其中，所述第一服务器包括第一传输层模块，所述第二服务器包括第二传输层模块，所述客户端包括客户端传输层模块；
第一传输层模块，用于接收来自第二服务器的切换请求消息，所述切换请求消息携带第二服务器的地址和监听端口信息；根据所述切换请求消息，向客户端传输层模块发送切换开始消息，所述切换开始消息携带第二服务器的地址和监听端口信息；
客户端传输层模块，用于接收到所述切换开始消息后，暂停为客户端的应用层模块发送数据，并根据所述切换开始消息，断开与所述第一传输层模块之间的Socket连接；根据所述切换开始消息中的第二服务器的地址和监听端口信息，建立与第二传输层模块之间的Socket连接，并在建立与第二服务器的传输层模块之间的Socket连接之后，重新恢复为客户端的应用层模块发送数据。
一种服务器，包括：第一传输层模块；
所述第一传输层模块，用于接收来自第二服务器的切换请求消息，所述切换请求消息携带第二服务器的地址和监听端口信息；根据所述切换请求消息，向客户端传输层模块发送切换开始消息，所述切换开始消息携带第二服务器的地址和监听端口信息。
一种服务器，包括：第二应用层模块和第二传输层模块；其中，
第二应用层模块，用于向第二传输层模块发送切换命令；
第二传输层模块，用于根据所述切换命令生成切换请求消息，所述切换请求消息携带第二传输层模块预先保存的所述服务器的地址和监听端口信息；还用于将所述切换请求消息发送至第一服务器的传输层模块。
一种客户端设备，包括：客户端传输层模块；
所述客户端传输层模块，用于接收切换开始消息，该切换开始消息携带第二服务器的地址和监听端口信息；用于接收到所述切换开始消息后，暂停为客户端的应用层模块发送数据，并断开与第一传输层模块之间的Socket连接；根据所述切换开始消息中的第二服务器的地址和监听端口信息，建立与第二传输层模块之间的Socket连接，并在建立与第二服务器的传输层模块之间的Socket连接之后，重新恢复为客户端的应用层模块发送数据。
可见，本发明提出的Socket连接的切换方法、系统、服务器和客户端设备，由第一服务器(旧服务器)的传输层模块向客户端的传输层模块发送包含第二服务器(新服务器)的地址和监听端口信息的切换请求消息，启动Socket切换；客户端的传输层模块断开与第一服务器的传输层模块间的Socket连接，建立与第二服务器的传输层模块间的Socket连接，实现了对应用层透明的Socket连接切换，整个切换过程不需要应用层模块的参与，减轻了应用层的负担。
附图说明
图1为现有技术中单板的结构及连接关系示意图；
图2为现有技术中新旧服务器的切换过程流程图；
图3为本发明Socket连接切换的方法流程图；
图4为本发明Socket连接切换过程中的消息序列图；
图5为本发明实施例Socket切换的实现流程图。
具体实施方式
本发明实施例提出一种Socket连接切换方法，参见图3，图3为本发明Socket连接切换的方法流程图。在图3中，初始状态下客户端的传输层模块与旧服务器(也称为第一服务器)的传输层模块之间存在Socket连接，之后，客户端将该Socket连接切换至新服务器(也称为第二服务器)的传输层模块。该方法包括：
步骤301：旧服务器的传输层模块接收来自新服务器的切换请求(switchrequest)消息，触发旧服务器启动切换过程，该switch request消息中携带了新服务器的地址和监听端口信息(新旧服务器的监听端口一般是一致的)。
在本步骤中，switch request消息可以在新服务器启动完成时发送；具体实现中，可以由新服务器的应用层模块通过setsockopt接口消息或ioctl接口消息向新服务器的传输层模块发送切换命令，新服务器的传输层模块根据该切换命令生成switch request消息，该switch request消息中携带传输层模块预先保存的新服务器的地址和监听端口信息；新服务器的传输层模块将该switch request消息并发送至旧服务器的传输层模块；
步骤302：根据步骤301中接收的switch request消息，旧服务器的传输层模块向客户端的传输层模块发送切换开始(switch start)消息，该switchstart消息中携带新服务器的地址和监听端口信息。switch start消息充当了服务器重定向功能，与旧服务器连接的客户端均可收到该消息并获知新服务器的地址和监听端口信息。
步骤303：客户端的传输层模块根据步骤302中接收的switch start消息，断开与旧服务器的传输层模块之间的Socket连接。断开Socket连接的操作在传输层模块内部实现，上层的应用层模块并不感知。
步骤304：客户端的传输层模块根据步骤302中接收的switch start消息中携带的新服务器的地址和监听端口信息，建立与新服务器的传输层模块之 间的Socket连接。建立Socket连接的操作也在传输层模块内部实现，上层的应用层模块并不感知。
上述步骤303和步骤304中，断开Socket连接和建立Socket连接的过程类似于TCP协议中的断开和建立连接过程，采用四次握手断开连接，三次握手建立连接。具体过程如图4所示，图4为本发明Socket连接切换过程中的消息序列图，包括：
步骤401：旧服务器的传输层模块向客户端的传输层模块发送switchstart消息；
之后进行四次握手断开连接过程，具体包括步骤402～步骤405：
步骤402：客户端的传输层模块向旧服务器的传输层模块发送FIN消息，要求断开原来的Socket连接中由客户端向旧服务器方向上的连接；
步骤403：旧服务器的传输层模块向客户端的传输层模块返回ACK消息，确认断开；
步骤404：旧服务器的传输层模块向客户端的传输层模块发送FIN消息，要求断开原来的Socket连接中由旧服务器向客户端方向上的连接；
步骤405：客户端的传输层模块向旧服务器的传输层模块返回ACK消息，确认断开。
四次握手之后，客户端的传输层模块和旧服务器的传输层模块之间的Socket连接被断开；之后，客户端的传输层模块和新服务器的传输层模块之间进行三次握手，建立新的Socket连接，具体包括步骤406～步骤408。
步骤406：客户端的传输层模块向新服务器的传输层模块发送SYN消息，请求建立新的Socket连接；
步骤407：新服务器的传输层模块向客户端的传输层模块返回SYN ACK消息，确认建立；
步骤408：客户端的传输层模块再向新服务器的传输层模块返回ACK消息，再次确认。至此完成三次握手，客户端的传输层模块和新服务器的传输层模块之间建立了新的Socket连接。
以下结合服务器、客户端的生命周期，在创建Socket及切换Socket连接的全过程中，对本发明实施例Socket连接的切换过程作详细介绍。参见图5，图5为本发明实施例Socket切换的实现流程图。其中，方框1中的步骤为旧服务器与客户端建立Socket切换的过程；方框2中的步骤为新服务器创建一个新的Socket，等待客户端与新服务器建立Socket切换的过程；方框3中的步骤为Socket连接切换的过程。具体描述如下：
方框1中，具体过程为：
步骤511：旧服务器的应用层模块通过socket、绑定(bind)、监听(listen)等标准的Socket接口消息，要求传输层模块创建一个Socket，等待客户端请求发出建立Socket连接的请求。
步骤512：客户端的应用层模块通过socket和连接(connect)消息，要求传输层模块创建一个Socket并与旧服务器建立Socket连接。
步骤513：客户端的传输层模块与旧服务器的传输层模块通过三次握手过程，建立旧的Socket连接；旧服务器的应用层模块调用接受(accept)接口消息，表明Socket连接已建立成功后，旧服务器等待接收来自客户端的数据。
方框2中，具体过程为：
步骤521：新服务器的应用层模块通过socket、bind、listen等标准的Socket接口消息，要求传输层模块创建一个Socket，等待客户端请求发出建立Socket连接的请求。
步骤522：由于切换之前还没有客户端向新服务器发出建立Socket连接的请求，新服务器的监听进程阻塞(blocking)于accept接口消息的调用过程。
方框3中，具体过程为：
步骤531：新服务器的应用层模块通过setsockopt接口消息或ioctl接口消息向传输层模块发送切换命令。
步骤532：新服务器的传输层模块根据该切换命令生成switch request 消息，该switch request消息中携带传输层模块预先保存的新服务器的地址和监听端口信息；新服务器的传输层模块将该switch request消息并发送至旧服务器的传输层模块，触发旧服务器启动切换过程。
步骤533：旧服务器的传输层模块向客户端的传输层模块发送switchstart消息，该switch start消息中携带新服务器的地址和监听端口信息，启动Socket切换过程，同时不再允许应用层模块收发数据；另外，旧服务器的传输层模块向新服务器的传输层模块返回答复确认(reply ok)消息，作为对接收的switch request消息的反馈。
步骤534：客户端的传输层模块接收到switch start消息，暂时停止为客户端的应用层模块发送数据，应用层模块用于发送数据的写操作，即send操作被挂起(阻塞blocking模式下)或被返回失败(非阻塞模式下)；由于在现有技术中，应用层模块也经常需要等待传输层模块为其发送数据，而出现send操作被挂起或被返回失败的情况，因此，应用层模块此时并不会感知到传输层模块正在进行Socket切换过程，而会认为是发送数据过程中出现的正常情况。
步骤535：客户端的传输层模块与旧服务器的传输层模块通过四次握手过程，断开旧的Socket连接。
步骤536：客户端的传输层模块根据switch start消息中的新服务器的地址和监听端口信息，通过三次握手过程，与新服务器的传输层模块建立新的Socket连接。至此，Socket切换完成，客户端应用层模块的send操作被重新开启(unblock)，客户端的传输层模块重新恢复为客户端的应用层模块发送数据；新服务器的监听进程也被重新开启，客户端和新服务器之间可以正常进行数据传输。
现有技术中，在服务器和客户端的传输层模块中都存在接收缓存区和发送缓存区，其中，接收缓存区用于接收来自通信对端的传输层模块的数据，将该数据发送至应用层模块；发送缓存区用于接收来自应用层模块的数据，将该数据发送至通信对端的传输层模块。在上述Socket切换过程中，为了 保证数据传输的可靠性，对旧服务器和客户端的接收缓存区和发送缓存区作特定的处理，具体如下：
针对旧服务器的接收缓存区：由于旧服务器不再为客户端提供服务，因此旧服务器的接收缓存区中保存的来自客户端的数据可以直接丢弃，旧服务器的应用层模块停止读取数据。
针对旧服务器的发送缓存区：切换过程中，为了保证在新服务器接替旧服务器之前旧服务器仍能为客户端提供服务，旧服务器的发送缓存区保存的来自应用层模块的数据仍应正常发送至客户端；由于新服务器即将接替旧服务器，故旧服务器的应用层模块停止向发送缓存区写入数据。
针对客户端的接收缓存区：切换过程中，客户端的接收缓存区正常接收来自旧服务器或新服务器的数据，应用层模块正常读取。
针对客户端的发送缓存区：切换过程中，由于暂时没有服务器为客户端提供服务，客户端的发送缓存区暂时停止发送数据；为了保证发送缓存区不会溢出，发送缓存区暂停为应用层模块写入数据，切换完毕后恢复。
本发明实施例还提出一种Socket连接的切换系统，该系统包括：
第一服务器(旧服务器)、第二服务器(新服务器)和客户端，其中，第一服务器包括第一传输层模块，第二服务器包括第二传输层模块，客户端包括客户端传输层模块；
第一传输层模块，可以用于接收来自第二服务器的切换请求消息，该切换请求消息携带第二服务器的地址和监听端口信息；根据该切换请求消息，向客户端传输层模块发送切换开始消息，切换开始消息携带第二服务器的地址和监听端口信息；
客户端传输层模块，可以用于根据切换开始消息，断开与第一传输层模块之间的Socket连接；根据切换开始消息中的第二服务器的地址和监听端口信息，建立与第二传输层模块之间的Socket连接。
上述客户端传输层模块还可以用于：在接收切换开始消息之后，并在断开与第一传输层模块之间的Socket连接之前，暂停为客户端的应用层模块发送数 据；在建立与第二传输层模块之间的Socket连接之后，重新恢复为客户端的应用层模块发送数据。
本发明实施例还提出一种服务器，该服务器包括：第一传输层模块，用于接收来自第二服务器的切换请求消息，该切换请求消息携带第二服务器的地址和监听端口信息；根据所述切换请求消息，向客户端传输层模块发送切换开始消息，该切换开始消息携带第二服务器的地址和监听端口信息。
本发明实施例还提出另一种服务器，包括：第二应用层模块和第二传输层模块；其中，
第二应用层模块，用于向第二传输层模块发送切换命令；
第二传输层模块，用于根据所述切换命令生成切换请求消息，所述切换请求消息携带第二传输层模块预先保存的所述服务器的地址和监听端口信息；还用于将所述切换请求消息发送至第一服务器的传输层模块。
本发明实施例还提出一种客户端设备，包括客户端传输层模块，用于接收换开始消息，该切换开始消息携带第二服务器的地址和监听端口信息；断开与第一传输层模块之间的Socket连接；根据切换开始消息中的第二服务器的地址和监听端口信息，建立与第二传输层模块之间的Socket连接。
上述客户端传输层模块还可以用于：在接收切换开始消息之后，并在断开与第一传输层模块之间的Socket连接之前，暂停为客户端设备的应用层模块发送数据；在建立与第二传输层模块之间的Socket连接之后，重新恢复为客户端设备的应用层模块发送数据。
综上可见，本发明的技术方案由旧服务器的传输层模块接收携带新服务器的地址和监听端口信息切换请求消息，启动Socket连接切换，生成包含新服务器的地址和监听端口信息的切换消息并发送至客户端的传输层模块；客户端的传输层模块断开与旧服务器的传输层模块间的Socket连接，根据新服务器的地址和监听端口信息建立与新服务器的传输层模块间的Socket连接，实现了对应用层模块完全透明的Socket连接切换过程，整个切换过程不需要应用层模块的参与，减轻了应用层的负担。本发明中，切换请求消息可以在新服务器启动时， 由新服务器的传输层模块发送至旧服务器的传输层模块。在Socket连接切换过程中，客户端的应用层模块的Socket写操作被挂起或被返回失败，应用层模块感知不到切换过程。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
Claims (5)
1.一种套接字Socket连接的切换方法，其特征在于，所述方法包括：
第一服务器的传输层模块接收来自第二服务器的切换请求消息，所述切换请求消息携带第二服务器的地址和监听端口信息；
根据所述切换请求消息，第一服务器的传输层模块向客户端的传输层模块发送切换开始消息，所述切换开始消息携带第二服务器的地址和监听端口信息；
客户端的传输层模块接收到所述切换开始消息后，暂停为客户端的应用层模块发送数据，并根据所述切换开始消息，断开与第一服务器的传输层模块之间的Socket连接；根据所述切换开始消息中的第二服务器的地址和监听端口信息，建立与第二服务器的传输层模块之间的Socket连接，并在建立与第二服务器的传输层模块之间的Socket连接之后，重新恢复为客户端的应用层模块发送数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一服务器的传输层模块接收切换请求消息之前进一步包括：
第二服务器的应用层模块向第二服务器的传输层模块发送切换命令；
第二服务器的传输层模块根据所述切换命令生成切换请求消息，所述切换请求消息携带传输层模块预先保存的第二服务器的地址和监听端口信息；
第二服务器的传输层模块将所述切换请求消息发送至第一服务器的传输层模块。
3.一种Socket连接的切换系统，其特征在于，所述系统包括：第一服务器、第二服务器和客户端；其中，所述第一服务器包括第一传输层模块，所述第二服务器包括第二传输层模块，所述客户端包括客户端传输层模块；
所述第一传输层模块，用于接收来自第二服务器的切换请求消息，所述切换请求消息携带第二服务器的地址和监听端口信息；根据所述切换请求消息，向客户端传输层模块发送切换开始消息，所述切换开始消息携带第二服务器的地址和监听端口信息；
所述客户端传输层模块，用于接收到所述切换开始消息后，暂停为客户端的应用层模块发送数据，并根据所述切换开始消息，断开与所述第一传输层模块之间的Socket连接；根据所述切换开始消息中的第二服务器的地址和监听端口信息，建立与第二传输层模块之间的Socket连接，并在建立与第二服务器的传输层模块之间的Socket连接之后，重新恢复为客户端的应用层模块发送数据。
4.一种服务器，其特征在于，所述服务器包括：第二应用层模块和第二传输层模块；其中，
所述第二应用层模块，用于向第二传输层模块发送切换命令；
所述第二传输层模块，用于根据所述切换命令生成切换请求消息，所述切换请求消息携带第二传输层模块预先保存的所述服务器的地址和监听端口信息；还用于将所述切换请求消息发送至第一服务器的传输层模块。
5.一种客户端设备，其特征在于，所述客户端设备包括：客户端传输层模块；
所述客户端传输层模块，用于接收切换开始消息，该切换开始消息携带第二服务器的地址和监听端口信息；用于接收到所述切换开始消息后，暂停为客户端的应用层模块发送数据，并根据所述切换开始消息，断开与第一传输层模块之间的Socket连接；根据所述切换开始消息中的第二服务器的地址和监听端口信息，建立与第二传输层模块之间的Socket连接，并在建立与第二服务器的传输层模块之间的Socket连接之后，重新恢复为客户端的应用层模块发送数据。
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Address after: 310052 Binjiang District Changhe Road, Zhejiang, China, No. 466, No. Patentee after: Xinhua three Technology Co., Ltd. Address before: 310053 Hangzhou hi tech Industrial Development Zone, Zhejiang province science and Technology Industrial Park, No. 310 and No. six road, HUAWEI, Hangzhou production base Patentee before: Huasan Communication Technology Co., Ltd. |
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Granted publication date: 20120704 Termination date: 20200601 |
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