田　野，史繼平，楊興悅

(1.甘肅省地震局，甘肅　蘭州　73000；2.甘肅省地震局平?jīng)龅卣鹋_(tái)，甘肅　平?jīng)觥?44000)

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異構(gòu)環(huán)境下基于Rsync同步的前兆數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸方案研究

田野1，史繼平2，楊興悅1

(1.甘肅省地震局，甘肅蘭州73000；2.甘肅省地震局平?jīng)龅卣鹋_(tái)，甘肅平?jīng)?44000)

針對(duì)甘肅地震前兆臺(tái)網(wǎng)的部分?jǐn)?shù)據(jù)無法自動(dòng)匯集至"十五前兆管理系統(tǒng)"的問題，提出了一種基于Rsync同步的數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸方案。本文詳細(xì)介紹了該方案的原理及特點(diǎn)，結(jié)合前兆數(shù)據(jù)管理環(huán)境異構(gòu)的現(xiàn)狀設(shè)計(jì)了相應(yīng)的操作流程。該方案的實(shí)施使不同系統(tǒng)環(huán)境下的前兆數(shù)據(jù)能夠快速、完整、安全地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)傳輸且不需要人工參與，進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)文件的傳輸效率、降低資源占用率。

Rsync；文件同步；前兆數(shù)據(jù)；地震前兆數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

0　引言

甘肅省地震前兆監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)經(jīng)過“十五”前兆數(shù)字地震觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)工程項(xiàng)目后，將全省各臺(tái)站的前兆觀測(cè)數(shù)據(jù)通過地震行業(yè)專網(wǎng)匯集到省區(qū)域中心，并利用“中國地震前兆數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)”(以下簡稱“管理系統(tǒng)”)實(shí)現(xiàn)采集、交換和入庫[1]。目前仍存在一部分前兆觀測(cè)數(shù)據(jù)無法實(shí)現(xiàn)到區(qū)域中心自動(dòng)采集管理。這些數(shù)據(jù)的主要來源有兩種，一是觀測(cè)儀器所產(chǎn)出的數(shù)據(jù)格式不符合“十五”標(biāo)準(zhǔn)，其傳輸協(xié)議與“管理系統(tǒng)”不兼容；二是部分觀測(cè)儀器的通信環(huán)境差，達(dá)不到數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸?shù)男诺罈l件。此類數(shù)據(jù)以往都是通過人工手動(dòng)處理的方式采集管理。臺(tái)網(wǎng)值班人員每天先利用格式轉(zhuǎn)換軟件將前一天的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成“十五”標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式，然后將這些“十五”格式的數(shù)據(jù)通過手動(dòng)復(fù)制、拷貝的方法，以遠(yuǎn)程登錄的方式保存到“管理系統(tǒng)”服務(wù)器上的指定目錄下，等待統(tǒng)一入庫。

前兆數(shù)據(jù)文件及時(shí)傳輸至管理系統(tǒng)服務(wù)器上是確保數(shù)據(jù)自動(dòng)入庫的前提，而部分前兆數(shù)據(jù)依靠人工傳輸，則使其入庫時(shí)效性大打折扣，安全性無法保證。為能高效、快捷地將無法自動(dòng)傳輸?shù)那罢讛?shù)據(jù)匯集到省區(qū)域中心，實(shí)現(xiàn)前兆觀測(cè)數(shù)據(jù)的規(guī)范管理及共享，結(jié)合甘肅前兆臺(tái)網(wǎng)的現(xiàn)狀，利用文件同步的方法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)傳輸。

目前存在多種文件同步的方法，但大多數(shù)都具有一定的局限性。FTP備份方法，通過運(yùn)行腳本文件將數(shù)據(jù)自動(dòng)復(fù)制到FTP服務(wù)器的指定目錄[2]，該方法能完成數(shù)據(jù)自動(dòng)同步但不能實(shí)現(xiàn)增量備份，當(dāng)需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較大時(shí)，就會(huì)增加網(wǎng)絡(luò)的壓力，降低傳輸效率；Wget也是一種常用有效的數(shù)據(jù)同步方法[3]，但存在同樣的缺點(diǎn)。此外，F(xiàn)TP在傳輸機(jī)制上缺乏良好的安全機(jī)制[4]，無法保障數(shù)據(jù)在傳輸過程中的安全性；MiniSync作為常用的數(shù)據(jù)同步工具，能夠?qū)崿F(xiàn)定時(shí)自動(dòng)同步傳輸，但它只適用于Windows系統(tǒng)；還有一種數(shù)據(jù)同步方案是采用基于API的方法獲取文件更新信息，再借助sock編程來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸[5]。這種方案的實(shí)施較為復(fù)雜，而且需要訪問和操作數(shù)據(jù)庫，必須充分考慮安全性，對(duì)軟、硬件環(huán)境有一定要求，實(shí)施成本較高。

上述的無法自動(dòng)傳輸?shù)那罢讛?shù)據(jù)來源分散、操作平臺(tái)各異，且涉及的儀器數(shù)量不多，需要一個(gè)易操作、好實(shí)現(xiàn)且低成本的數(shù)據(jù)傳輸方案。鑒于實(shí)際情況，本文提出一種基于Rsync同步技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸方案，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)環(huán)境下前兆數(shù)據(jù)的自動(dòng)傳輸，將全部前兆數(shù)據(jù)完整、快速地匯集至“管理系統(tǒng)”。

1　數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸方案的設(shè)計(jì)

“管理系統(tǒng)”目前只針對(duì)“十五”儀器有數(shù)據(jù)采集自動(dòng)入庫的功能。甘肅省前兆臺(tái)網(wǎng)目前有4個(gè)臺(tái)站共計(jì)15套儀器(見第30頁表1)不是標(biāo)準(zhǔn)的“十五”儀器，因此無法直接通過“管理系統(tǒng)”實(shí)現(xiàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集入庫。這些數(shù)據(jù)如果要匯集到“管理系統(tǒng)”，必須先把儀器以“非在線儀器”類型逐個(gè)添加到“管理系統(tǒng)”中，再通過人工采集、轉(zhuǎn)換、拷貝等步驟實(shí)現(xiàn)其日常數(shù)據(jù)管理，具體流程如下：

(1) 通過儀器專用的數(shù)采軟件，人工將前一天的原始數(shù)據(jù)從儀器上采集到原數(shù)據(jù)服務(wù)器。

(2) 利用數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換軟件[6]將原數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成“十五”數(shù)據(jù)格式。

(3) 將轉(zhuǎn)換后的標(biāo)準(zhǔn)格式數(shù)據(jù)復(fù)制并拷貝至“管理系統(tǒng)”服務(wù)器的指定目錄下，“管理系統(tǒng)”會(huì)將這些數(shù)據(jù)作為“十五”數(shù)據(jù)統(tǒng)一入庫。

整個(gè)數(shù)據(jù)采集傳輸過程在不同的操作系統(tǒng)平臺(tái)之間完成，如圖1所示。其中數(shù)據(jù)采集與格式轉(zhuǎn)換軟件布設(shè)在Windows平臺(tái)，而“管理系統(tǒng)”則部署在Linux操作系統(tǒng)。在這種異構(gòu)的操作系統(tǒng)環(huán)境下，人工傳輸數(shù)據(jù)的方法效率低下、安全性較差，因此利用一種高效、安全的數(shù)據(jù)同步方法來實(shí)現(xiàn)前兆數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸是十分必要的。

表1　甘肅省非“十五”標(biāo)準(zhǔn)儀器統(tǒng)計(jì)表

圖1　異構(gòu)環(huán)境下前兆數(shù)據(jù)人工傳輸流程Fig.1　Manual transmission flow of precursor data in heterogeneous environment

1.1Rsync概況

Rsync是一種開源的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)鏡像備份工具，支持跨平臺(tái)運(yùn)行，在Windows和Linux等多種操作系統(tǒng)下都能穩(wěn)定使用[7]。Rsync可通過LAN/WAN實(shí)現(xiàn)多臺(tái)主機(jī)之間的文件鏡像同步備份，并能保持原文件的權(quán)限、時(shí)間、組、軟硬鏈接等全部屬性[8]。

Rsync的算法核心是將文件分割成一系列不重疊的、固定大小的塊，然后對(duì)每個(gè)塊計(jì)算兩個(gè)校驗(yàn)和：一個(gè)弱滾動(dòng)32位校驗(yàn)和一個(gè)強(qiáng)128位MD4校驗(yàn)。之后對(duì)比原文件和備份文件的差別，當(dāng)原文件有改變時(shí)，可迅速判斷出被改變的文件內(nèi)容。該算法只將有更新的數(shù)據(jù)塊進(jìn)行傳輸，對(duì)備份文件作出修改或補(bǔ)充，而不是傳輸整份文件。這種文件傳輸?shù)乃惴ㄐ矢?、資源占用少。

1.2數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸?shù)姆桨概c流程

異構(gòu)環(huán)境下的前兆數(shù)據(jù)傳輸一般涉及2臺(tái)服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)通訊，即基于Windows操作系統(tǒng)的原數(shù)據(jù)服務(wù)器和基于Suse Linux系統(tǒng)的“管理系統(tǒng)”服務(wù)器之間的文件同步。其中原數(shù)據(jù)服務(wù)器負(fù)責(zé)采集和存儲(chǔ)那些無法自動(dòng)傳輸?shù)那罢讛?shù)據(jù)，并在本地進(jìn)行相關(guān)處理后生成待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，通過Rsync同步機(jī)制將所需數(shù)據(jù)傳輸至“管理系統(tǒng)”服務(wù)器上，完成數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸。數(shù)據(jù)傳輸流程如圖2所示。

圖2　數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸流程Fig.2　Automatic transmission flow of data

要實(shí)現(xiàn)Rsync同步，必須在 Rsync 服務(wù)器端和Rsync客戶端上分別安裝相應(yīng)版本的Rsync軟件，其中Rsync 服務(wù)器端運(yùn)行Rsync守護(hù)進(jìn)程，而Rsync客戶端根據(jù)需求定時(shí)或周期運(yùn)行客戶程序來同步所需文件。數(shù)據(jù)開始同步時(shí)，Rsync服務(wù)器端打開相應(yīng)的服務(wù)通道允許客戶端進(jìn)行連接、口令核查和傳輸文件。首次時(shí)需將整個(gè)文件傳輸，以后則每次只傳輸文件發(fā)生改變的部分。Rsync同步算法使服務(wù)器之間的傳輸數(shù)據(jù)量降到最低，大大提升其速度，而Rsync的校驗(yàn)機(jī)制使數(shù)據(jù)的完整性和安全性都有所保障。

利用Rsync同步實(shí)現(xiàn)前兆數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸?shù)闹饕ぷ髁鞒倘鐖D3所示，其中原數(shù)據(jù)服務(wù)器作為Rsync服務(wù)器端，“管理系統(tǒng)”服務(wù)器則是Rsync客戶端。首先由Rsync客戶端的Rsync控制模塊去制定同步條件，例如同步的模式、時(shí)間等規(guī)則。通過地震行業(yè)網(wǎng)，經(jīng)由兩端的Rsync同步模塊將同步條件存儲(chǔ)于Rsync服務(wù)器端的控制模塊中，該控制模塊嚴(yán)格按照接收到的同步條件去制定同步內(nèi)容并觸發(fā)同步，將所需數(shù)據(jù)傳輸至Rsync客戶端。傳輸完成后，Rsync客戶端的同步模塊將傳輸結(jié)果反饋給本端的Rsync控制模塊。反饋結(jié)果將被記錄保存，用于后續(xù)的數(shù)據(jù)完整性校驗(yàn)，當(dāng)確保兩端數(shù)據(jù)無差別時(shí)，本次數(shù)據(jù)傳輸完成。

圖3　Rsync同步工作過程Fig.3　Working process of Rsync synchronization

2　數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)

以橫梁地震臺(tái)(以下簡稱橫梁臺(tái))的水位儀為例，對(duì)利用Rsync同步實(shí)現(xiàn)前兆數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸?shù)木唧w實(shí)施步驟進(jìn)行詳細(xì)說明。

2.1前期準(zhǔn)備

原數(shù)據(jù)服務(wù)器基于Windows平臺(tái)，是Rsync同步的服務(wù)器端。首先安裝適用于Windows系統(tǒng)的服務(wù)器端軟件cwRsyncServer，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)管理員級(jí)別的用戶SvcCWRSYNC，然后增加一個(gè)RsyncServer服務(wù)并設(shè)置為自動(dòng)啟動(dòng)，如圖4所示。最后，將系統(tǒng)防火墻設(shè)置開放RsyncSerer的默認(rèn)服務(wù)端口873，如圖5所示。

圖4　設(shè)置RsyncServer服務(wù)自啟動(dòng)Fig.4　Set RsyncServer service self-starting

“管理系統(tǒng)”服務(wù)器基于Suse Linux操作系統(tǒng)，是Rsync同步的客戶端。可直接利用Linux操作系統(tǒng)中集成的Rsync實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步接收。如果系統(tǒng)沒有自帶Rsync，下載安裝相應(yīng)版本的軟件包即可。

2.2Rsync同步配置

Rsync服務(wù)器端(原數(shù)據(jù)服務(wù)器)的IP地址為10.62.12.112，待傳輸?shù)臋M梁臺(tái)水位原數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在本地D:RXDATA文件夾內(nèi)。Rsync客戶端(“管理系統(tǒng)”服務(wù)器)的IP地址為10.62.12.113，橫梁臺(tái)的水位“十五”數(shù)據(jù)應(yīng)放在“管理系統(tǒng)”服務(wù)器的/opt/instruments/目錄下。設(shè)定同步連接名為“hlzkgd1”，利用Rsync同步將原數(shù)據(jù)服務(wù)器端D:RXDATA內(nèi)的數(shù)據(jù)文件自動(dòng)傳輸?shù)健肮芾硐到y(tǒng)”服務(wù)器端/opt/instruments/目錄下。

圖5　設(shè)置開放873服務(wù)端口Fig.5　Set 873 service ports opening

首先對(duì)基于Windows操作系統(tǒng)的Rsync服務(wù)器端進(jìn)行配置，在cwRsyncServer的安裝目錄下找到配置文件rsyncd.conf，根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨髮⑾嚓P(guān)配置信息寫進(jìn)rsyncd.conf中并保存。rsyncd.conf具體內(nèi)容如下：

use chroot = false

uid = 0

gid = 0

strict modes = false

log file = rsyncd.log

port = 873

[hlzkgd1]

path = /cygdrive/d/rxdata

read only = false

transfer logging = yes

hosts allow = 10.62.12.113

auth users = SvcCWRSYNC

配置文件主要控制Rsync服務(wù)的各種屬性，如用戶名密碼、端口號(hào)等。其中，“[hlzkgd1]”部分是對(duì)文件同步的各類指標(biāo)參數(shù)的具體設(shè)置：“path”指定Rsync服務(wù)器端的文件路徑；“hosts allow”規(guī)定哪些主機(jī)可以訪問Rsync服務(wù)器；“auth users”是客戶端的用戶名等。除以上用到的基本設(shè)置外，Rsync還為配置文件提供其他指令，做更嚴(yán)格的控制，如最大可連接客戶端數(shù)量、禁連的主機(jī)等。

當(dāng)Rsync服務(wù)器端的配置完成并保存后，相關(guān)設(shè)置就會(huì)生效。在基于Linux操作系統(tǒng)的Rsync客戶端執(zhí)行以下命令，即可將所需數(shù)據(jù)文件從Rsync服務(wù)器端傳輸至本地。執(zhí)行的命令為：

rsync-vzrtopg—progress SvcCWRSYNC@10.62.12. 112::hlzkgd1 /opt/instruments。

上述指令中設(shè)置了Rsync同步傳輸文件時(shí)的各種參數(shù)，其中，“-vzrtopg”指文件在傳輸時(shí)進(jìn)行壓縮處理、對(duì)子目錄以遞歸模式傳輸、保持文件的權(quán)限及屬性等；“—progress”是要求顯示文件傳輸過程；“SvcCWRSYNC@10.62.12.112”是數(shù)據(jù)來源的用戶名和IP地址；“::”是Rsync的一種工作模式，即從遠(yuǎn)程服務(wù)器中拷貝文件到本地機(jī)；“hlzkgd1”是連接名；“/opt/instruments”指數(shù)據(jù)文件在“管理系統(tǒng)”服務(wù)器上的存儲(chǔ)目錄。

2.3同步計(jì)劃任務(wù)

實(shí)際工作中，要求每天的觀測(cè)數(shù)據(jù)必須在指定的時(shí)間自動(dòng)傳輸，這需要為Rsync客戶端制定同步計(jì)劃任務(wù)[9-10]，規(guī)定數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間、頻率。具體實(shí)施步驟如下：

(1) 啟動(dòng)cron服務(wù)，并將其設(shè)為開機(jī)自啟動(dòng)(啟動(dòng)cron服務(wù)有多種方法，此處介紹的方法適用于SUSE系統(tǒng))：

/etc/init.d/cron stop

/etc/init.d/cron start

chkconfig cron on

(2) 編輯/etc/crontab 文件，配置cron：

SHELL=/bin/bash

PATH=/sbin:/bin:/usr/sbin:/usr/bin

MAILTO=“ ”

……

#保持默認(rèn)設(shè)置

00 09-11 * * * root rsync-vzrtopg—progress SvcCWRSYNC @10.62.12.112::hlzkgd1/opt/instruments

上述指令為Rsync客戶端制定了一個(gè)文件同步的計(jì)劃任務(wù)，規(guī)定在每天上午9時(shí)至11時(shí)之間每小時(shí)執(zhí)行一次文件同步命令。在每次執(zhí)行同步時(shí)，Rsync的自動(dòng)校驗(yàn)機(jī)制會(huì)檢查判斷要傳輸?shù)脑募蛡浞菸募欠裼胁顒e，若有，則將有變化的部分重新同步。通過這種基于Rsync同步的自動(dòng)傳輸，能保證將原數(shù)據(jù)服務(wù)器中采集到的橫梁水位觀測(cè)數(shù)據(jù)全部傳到“管理系統(tǒng)”服務(wù)器中。

3　結(jié)論

“十五”地震系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目完成后，地震觀測(cè)儀器基本實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。隨著大量地震觀測(cè)數(shù)據(jù)的產(chǎn)出，對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)及備份的需求越來越多。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)文件的自動(dòng)傳輸，對(duì)解決觀測(cè)數(shù)據(jù)管理問題具有重要意義。張佑龍等[11]利用Visual C++開發(fā)的“數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)自動(dòng)備份軟件”能夠?qū)⒑戏蕯?shù)字遙測(cè)臺(tái)網(wǎng)的地震波形數(shù)據(jù)自動(dòng)備份到后臺(tái)機(jī)，節(jié)省人工成本；陳向軍等[12]利用Delphi開發(fā)的“前兆數(shù)據(jù)收取軟件”、劉其壽[13]利用Visual Basic開發(fā)的“前兆數(shù)據(jù)傳輸軟件”均基于FTP協(xié)議，可實(shí)現(xiàn)前兆數(shù)據(jù)的自動(dòng)傳輸、下載。但上述軟件僅支持Windows系統(tǒng)，無法在Linux系統(tǒng)使用，而且在定時(shí)傳輸或下載時(shí)，需人工啟動(dòng)。胡玉良等[14]開發(fā)的“地震前兆數(shù)據(jù)共享軟件”有效地將山西各市縣的前兆數(shù)據(jù)匯集到統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，提供數(shù)據(jù)共享服務(wù)。該軟件主要通過對(duì)數(shù)據(jù)庫的操作來實(shí)現(xiàn)各種功能，其技術(shù)要求較高、開發(fā)成本也較大，并不適合解決本文面對(duì)的問題。

在分析Rsync原理及特點(diǎn)后，針對(duì)甘肅省部分前兆數(shù)據(jù)無法自動(dòng)傳輸?shù)膯栴}，以Rsync同步機(jī)制為基礎(chǔ)，結(jié)合目前地震前兆數(shù)據(jù)管理環(huán)境異構(gòu)的現(xiàn)狀，提出了一種前兆數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸?shù)姆桨?，并詳?xì)介紹了具體技術(shù)原理及實(shí)現(xiàn)步驟。該方案部署應(yīng)用后，替代以往每日必須人工上傳的工作，實(shí)現(xiàn)前兆數(shù)據(jù)自動(dòng)、定時(shí)傳輸，節(jié)省人力且提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?，為地震系統(tǒng)內(nèi)部類似問題的解決提供了可靠的參考方案。

Rsync同步除了能將文件從Windows端自動(dòng)傳至Linux端外，還能實(shí)現(xiàn)Windows平臺(tái)之間、Linux平臺(tái)間的相互傳輸。服務(wù)器及客戶端可選擇一對(duì)一或一對(duì)多等多種模式。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，還能根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置密碼以限制訪問權(quán)限，進(jìn)一步提高安全性能。Rsync同步具備的這些特點(diǎn)使其有良好的可擴(kuò)展性，能解決異構(gòu)環(huán)境下文件傳輸?shù)某Ｒ妴栴}，對(duì)地震數(shù)據(jù)的傳輸、備份具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

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Automatic Transmission Scheme of Precursor Data Based on Rsync Synchronization in Heterogeneous Environment

TIAN Ye1, SHI Ji-ping2, YANG Xing-yue1

(1.Earthquake Administration of Gansu Province, Lanzhou, Gansu 730000, China;2.Pingliang Seismic Station of Earthquake Administration of Gansu Province, Pingliang, Gansu 744000, China)

Part of the data in Gansu seismic precursor network can not be collected automatically to the 10th Five-Year Precursor Management System. An automatic data transmission scheme based on Rsync is proposed to solve the above problem. The principle and characteristics of the scheme are introduced in detail. And a corresponding operation flow is designed according to the status of the management environment of precursor data. The implementation of the scheme makes transmission of precursor data in different system environment fast, complete and safe. Manual participation is not required in the process. It improves the transmission efficiency of data and reduces the resource occupancy rate.

Rsync; File synchronization; precursor data; Seismic precursor data management system

1000-6265(2016)03-0029-04

2016-05-07

田野(1984—)，女，甘肅省隴南人。2009年畢業(yè)于西北師范大學(xué)，碩士研究生，助理研究員。

P315-39

A