民航应用中优利主机实时性能分析的设计方法论文

 

SCI论文（www.lunwensci.com）：
 

　　摘   要： 中国民航航班控制系统(ICS)、计算机分销系统(CRS)和机场旅客离港系统(DCS)运行在美国优利公司生产 的传统大型主机上,操作系统为 OS2200。现有的主机系统性能分析软件 Baseline 和 Sightline 不仅购买费用较高,而且无法 实时分析主机应用指令的变化。自主研发的 OMAP(Online Mainframe Analysis Process)软件不仅解决了实时分析主机应 用指令变化的问题,而且可以通过邮件和短信发送报警信息,并把数据发送到 Kakfa 以适应大数据发展的需要。该软件目前已 在 ICS、CRS 和 DCS 中投入使用,在提高系统运维实时化和自动化的同时也创造了较好的经济效益。

　　关键词：性能分析 ；优利主机 ；软件工程 ；民航
 

Method of Real-time Performance Analysis for Unisys Mainframe in Civil Aviation

WANG Zongqiang, LI Xuesong, LI Weiwei
(Operation Center, TravelSky Technology Limited, Beijing 101318)

　　【Abstract】：The Inventory Control System(ICS), Computer Reservation System(CRS)and Departure Control System (DCS) of civil aviation of China operates on the traditional mainframe produced by Unisys, and the operating system is OS2200. The existing mainframe performance analysis softwares (Baseline and Sightline) not only have high purchase cost, but also can not analyze the changes of application instructions in real time. The independently developed OMAP (Online Mainframe Analysis Process) software not only solves the problem of analyzing the changes of application instructions in real time, but also can send alarm information through email and SMS, and send data to Kakfa to meet the needs of the development of big data. At present, the software has been put into use in ICS, CRS and DCS system. It not only improves the real-time and automation of system maintenance, but also creates good economic benefits.

　　【Key words】：performance analysis;unisys mainframe;software engineering;civil aviation

　　0 引言

　　优利主机系统是 36 位字操作系统,系统性能日志包含 两部分 ：操作系统性能日志(SIP,Software Instrument- ation Package) 和应用环境性能日志(TPM,TIP Perfor- mance Monitor,  其 中 TIP 为 Transaction Processing 的缩写)。客户在终端界面输入购买一张机票的命令, 就会在主机系统形成一个或者几个应用指令,并对主机 系统的使用率和磁盘 I/O 造成影响。优利公司先后推荐 的 Baseline 和 Sightline 两种第三方软件, 可以实时 监测主机操作系统和应用指令总体性能,但是无法对不 同时间段操作系统性能进行对比,也无法分析不同应用 指令事务量和执行时间的变化。此外,由于主机松耦合架构的实现,导致主机分区增加,而购买的软件是根据 分区的数量付费。因此,自主研发主机实时性能分析软 件势在必行。现有主机监控软件对比如表 1 所示。

　　OMAP(Online Mainframe Analysis Process)作 为自主研发的主机实时性能分析软件,根据民航领域的 特殊需求进行设计,通过页面查看主机 OS2200 平台的 实时性能, 解决了 Baseline 和 Sightline 无法实时分析 应用指令变化的问题,同时通过程序调用接口以邮件和 短信形式发送报警信息也是 Baseline 和 Sightline 当时 所无法实现的功能。主机系统编程语言使用 UCS C, Linux 系统编程语言使用 Java,数据库使用 MySQL, Web 服务器使用 Tomcat,用户无需安装客户端程序,只要有浏览器即可查看,具备成本低、易移植的优势。
 

表 1 现有主机监控软件对比               

 

　　1 软件设计

　　优利主机文件格式和 Linux 服务器文件格式存在 差异。通过对磁盘文件的格式分析,使用 64 位数据表 示主机的 36 位字(优利主机字由 36 位组成),实现了 从 Linux 服务器使用主机现有的日志数据结构定义分 析主机性能日志。

　　OMAP 软件总体设计 [1] 如图 1 所示,其中 Kafka 服 务器为可选项。如果没有 Kafka 服务器,则数据分析 与报警模块可以在数据处理模块所在的服务器上读取文 本文件进行分析与报警。
 

图 1 OMAP 结构设计图
Fig.1 OMAP structure design

　　OMAP 软件具有以下的功能模块 ：

　　(1)主机性能日志读取与传输(UCS C) ：在主机 OS2200 系统中常驻运行 ；实时扫描 SIP 和 TPM日志文件并读取新的日志数据 ；对日志数据进行压缩,通过主机通讯软件设定的端口发送到指定开放服务器的指定端口 ；主机端与开放平台端的通讯协议采用 TCP/IP协议 ；不同的主机分区需要在配置中指定该主机的身份。

　　(2)数据接收模块(Java) ：在 Linux 服务器常驻 运行 ；监听指定网络端口,提取待接收数据的相应参 数,并根据该参数保存主机数据到指定文件,文件储存 按照主机文件命名规范 ；存储索引到索引文件,该索引 记录每个文件的开始时间 ；可以接收多个优利主机的数 据传输,每当有新的主机连接请求时,会识别主机的身 份后新建一个线程跟主机进行通讯。

　　(3) 数据处理模块(Java) ：在 Linux 服务器常驻运 行 ；读取服务器上的主机性能日志文件,进行格式转化 获取需要的性能数据 ；按照主机性能日志的类型、系统 和日期存储到不同的文本文件中(例如 2022 年 1 月 1 日 CRS 系统 TPM 日志存储文件名为 CRSTXN20220101. txt) ；发送指定的性能数据到 Kafka,该数据目前用作 实时分析与报警,也可以被其他用户所消费 ；储存指定 的性能数据到 MySQL。

　　(4)数据分析与报警模块(Java) ：在 Linux 服务 器常驻运行 ；读取 Kafka 中的性能数据并进行分析, 根据预设的报警阈值通过邮件或者短信方式发送给指定 人员 ；报警指标包含事务量、使用率、磁盘 I/O 的响应 时间以及应用指令的执行时间等,根据不同的需求分别 设置动态阈值和固定阈值。

　　(5)数据库(MySQL) ：建立需要的数据库结构, 包括各种表及视图 ；采用 Hibernate 对象关系映射框 架,对 JDBC 进行轻量级的封装 ；数据库存储系统事务 量、使用率等常用的性能指标,以及不同应用指令的分 钟级平均执行时间和指令量。

　　(6)网页页面(Jsp) [2] ：主要性能指标的实时数据、 实时走势以及不同时间段的对比分析 ；应用指令变化分 析, 包含应用指令的事务量、执行时间、用户分析以及不 同时间段的对比分析 ；图形显示使用 Highcharts 绘图 工具。

　　2 应用分析

　　用户通过 OMAP 网页页面,可以监控主机操作系 统性能和应用指令的走势,并对比不同时间段的变化。 鉴于实时化和自动化监控的需要,确定性能指标的监控 阈值十分重要。固定阈值和动态阈值的确定,需要根据历史数据构建模型。例如使用季节性差分自回归滑动平 均模型(SARIMA) 进行预测 [3],得到每分钟事务量的 上下阈值,如果实时事务量超过阈值则进行短信和邮件 报警。

　　以某系统在 2022 年 1 月 23 日的事务量变化为例, 22:13 事务量异常增加,一直到 22:38 恢复正常(如图 2所示,对比当日、昨日与七日前的分钟级事务量)。
 

图 2 每秒事务量走势与对比
Fig.2 Trend and comparison of transactions per second


图 3 应用指令每秒事务量
Fig.3 Transactions per second of application instructions

　　通过页面分析(如图 3 所示)显示该系统主要应 用指令每秒事务量的变化,可以看到应用指令 SESE 和 ITAR 导致了此次异常的发生。

　　以其中的 SESE 指令为例分析,在该段时间共有 840102 条指令, 其中用户 QFK689 占 63%(此处用户 名经过一定程度的变换,非实际用户名)。然后对用户 QFK689 进行分析, 该用户 82.97% 的指令为 SESE, 14.80% 的指令为 ITAR。

　　经过对 QFK689 在该段时间前后两小时的主要应用 指令进行分析,发现该用户在这段时间内指令量异常增 加。随后分析用户的操作,发现该用户这段时间主要是 订国际航班的机票。

　　3 结语

　　以上介绍了 OMAP 服务进程和前端显示的详细设 计,并通过实例介绍了 OMAP 在主机实时性能分析中 的应用。OMAP 软件满足了用户需求,有力促进了主机 性能分析的实时化和自动化,提高了主机的维护水平, 有效降低了人工成本。同时,大部分主机性能分析工作 被转移到 Linux 服务器进行,也降低了主机系统的资 源消耗,而主机系统是按照资源消耗进行收费,因此成 本支出也得到一定程度的降低。

　　OMAP 软件目前已在中国民航的航班控制系统  (ICS)、计算机分销系统(CRS) 和机场旅客离港系统  (DCS)中投入使用,为企业创造了较好的经济效益。

　　参考文献

　　[1] 翟娟,谭公礼,曹国华.基于Web Server的消防水泵远程监控 系统[J].软件,2017,38(8):59-62.

　　[2] 李绍静,汤玉琛,王宝盼.基于JSP技术的就业信息网的架构 与实现[J].计算机与现代化,2012(11):93-98.

　　[3] 梁文娟,程明.SARIMA模型在航空公司运营安全状态预测 中的应用[J].安全与环境学报,2016,16(3):20-24.