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研究管理代理與監(jiān)控模塊通信設計
摘要：詳細介紹了面向應用軟件的網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)中管理代理和監(jiān)控模塊通信的設計與實現(xiàn)過程。包括管理信息存儲的優(yōu)化設計、內(nèi)存映射文件的存儲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設計、監(jiān)控指令轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)、內(nèi)存映射文件的通信方式、同步機制應用等。通過內(nèi)存映射文件方式存儲管理信息，高效地完成了收集各應用程序?qū)嵗谋O(jiān)控信息任務，并實現(xiàn)了監(jiān)控信息的存儲、共享和監(jiān)控模塊與管理代理間實時信息交換的功能。?關(guān)鍵詞：優(yōu)化存儲；內(nèi)存文件映射；消息機制；同步機制?
隨著網(wǎng)絡規(guī)模增大，網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)及網(wǎng)絡應用日漸復雜，傳統(tǒng)的物理安全技術(shù)和措施已經(jīng)不足以保證信息系統(tǒng)的安全，因此網(wǎng)絡管理系統(tǒng)作為網(wǎng)絡安全運行的保證，其重要性越來越突出。為了提高計算機網(wǎng)絡信息安全，許多相關(guān)的網(wǎng)絡安全產(chǎn)品被開發(fā)，但大多是基于網(wǎng)絡硬件設備，如路由器、集線器、交換機等，而對網(wǎng)絡應用軟件的研究和開發(fā)相對較少[1~4]。為了保證網(wǎng)絡環(huán)境中的應用程序正常高效地運行，筆者設計了基于SNMP的ASNMS（Application Software Net Monitoring System，網(wǎng)絡應用軟件監(jiān)控系統(tǒng)）。該系統(tǒng)選擇運行于網(wǎng)絡環(huán)境中的應用程序為研究對象[5,6]。?
1網(wǎng)絡應用軟件監(jiān)控系統(tǒng)（ASNMS）簡介?
ASNMS的主要監(jiān)控目標是網(wǎng)絡中的應用軟件，通過及時獲取軟件中重要變量值（如系統(tǒng)配置、狀態(tài)指示等），從而及時了解整個網(wǎng)絡中應用程序的狀態(tài)，并且還可以通過管理站點對各受控站點中的應用程序進行控制操作，提高整個網(wǎng)絡和應用系統(tǒng)的安全性。?該網(wǎng)絡應用軟件監(jiān)控系統(tǒng)主要有三個模塊[5,6]：?
(1)管理站點主程序。該程序在管理站點上運行。通過該程序，管理站點可以使用UDP/IP協(xié)議與管理范圍內(nèi)的所有受控站點進行通信，收集網(wǎng)絡應用程序的監(jiān)控信息，并下發(fā)各種控制命令。?
(2)管理代理。每一個受控站點上運行一個管理代理程序（有且僅有一個）。管理代理是系統(tǒng)的通信中心。一方面通過內(nèi)存映射文件與受控站點上的各應用程序?qū)嵗M行通信，收集各應用程序?qū)嵗谋O(jiān)控信息；另一方面通過UDP協(xié)議與管理站點通信，發(fā)送受控站點的管理信息以及轉(zhuǎn)發(fā)管理站點的控制信息。?
（3）監(jiān)控模塊。該模塊是供軟件開發(fā)人員使用的一個通用接口模塊。它負責從受控應用程序中獲取監(jiān)控信息，發(fā)送到管理站點，并且也能接收從管理代理轉(zhuǎn)發(fā)的管理站點命令，對受控應用程序執(zhí)行一定的控制操作。從結(jié)構(gòu)上來看，監(jiān)控模塊附屬于受控應用程序，但它以單獨的線程形式存在。
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2管理信息存儲的設計?
為了監(jiān)控模塊工作的需要，同時為了能更方便地將監(jiān)控信息傳送給管理代理，監(jiān)控模塊需要將監(jiān)控信息以一定的形式存儲起來。監(jiān)控模塊監(jiān)控的目標是應用程序中的變量。由于現(xiàn)在軟件開發(fā)大多使用的是面向?qū)ο蟮姆椒ǎ谄涑绦蛑懈鞣N變量是有層次結(jié)構(gòu)關(guān)系的，這一點必須在監(jiān)控信息中體現(xiàn)出來[7]。監(jiān)控信息從邏輯上看應該是以樹的形式存在，并且存儲的是各種變量的信息，而變量的長度是不相同的，在這棵樹中各個節(jié)點的空間大小有可能不相同。由此看來，無論是從存儲內(nèi)容上還是從邏輯結(jié)構(gòu)上看，監(jiān)控信息的存儲結(jié)構(gòu)均是相對較為復雜的。下面三種設計方案可以滿足這樣的要求：?
(1)在監(jiān)控模塊內(nèi)存空間內(nèi)生成一棵二叉樹。這是最常規(guī)的存儲方法。在此情況下，只需要設計一個較為合理的樹結(jié)構(gòu)，二叉樹就能直接存儲在監(jiān)控模塊的內(nèi)存空間中，訪問方便。同時因為在許多語言中均有任意類型的數(shù)據(jù)類型，由此可以將不同數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)方便地存儲在一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。但是由于這棵樹存在于監(jiān)控模塊的內(nèi)存空間中，不方便管理代理程序?qū)ζ渥x取，監(jiān)控模塊還需要通過一定的方法將該樹傳送給管理代理[4,7]。?
優(yōu)點：實現(xiàn)簡單，監(jiān)控模塊可以很方便地對其進行讀寫操作。?
缺點：不方便管理代理程序?qū)ΡO(jiān)控信息讀取，需要使用其他方法將信息傳送給管理代理。?
(2)將監(jiān)控信息存儲在磁盤文件中。為了解決管理代理和監(jiān)控模塊共享監(jiān)控信息的問題，監(jiān)控模塊可以將監(jiān)控信息存儲為磁盤文件形式。在此情況下，需要設計一套完整合理的文件空間使用策略，保證能夠完整地存儲監(jiān)控信息。由于在Windows程序中采用了虛擬內(nèi)存策略，不同應用程序內(nèi)存空間是不同的，即使某應用程序獲取了另一個程序中的某個指針，也不能正確地訪問到其數(shù)據(jù)。在對變量值進行存儲時，一定要注意不能存儲有關(guān)變量的指針信息，而應該想辦法存儲其中變量的實際數(shù)據(jù)[8]。同時因為是將監(jiān)控信息存儲于磁盤上，需要采取一定的措施盡量避免出現(xiàn)垃圾文件的情況，同時還要防止在工作狀態(tài)下用戶有意或無意地修改、刪除該文件。?
優(yōu)點：多個程序可以方便地共享數(shù)據(jù)。?
缺點：實現(xiàn)較復雜，容易產(chǎn)生垃圾文件，容易泄漏和丟失監(jiān)控信息。?
(3)將監(jiān)控信息存儲在內(nèi)存文件映射中。這是對方案（2）的改進。方案（2）將監(jiān)控信息存儲于磁盤文件中，由此使得容易產(chǎn)生垃圾文件、容易泄漏和丟失監(jiān)控信息。那么如果將監(jiān)控信息直接存儲在內(nèi)存當中呢？采用內(nèi)存映射文件是一個很好的解決辦法。應用程序在需要時在內(nèi)存中開辟一定的空間存儲數(shù)據(jù)，當應用程序關(guān)閉后，由于操作系統(tǒng)的內(nèi)存管理機制，內(nèi)存文件將自動被回收，安全性高。但是在生成內(nèi)存映射文件時，必須要指定文件的大小，此時如果處理不當將可能出現(xiàn)存儲空間不夠用的情況[4,8]。?
優(yōu)點：多個程序可以方便地共享數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)不易泄漏，安全性高。?
缺點：實現(xiàn)較復雜，必須指定文件大小，處理不當可能出現(xiàn)空間不夠用的情況。?
綜合三種方案，方案（3）是最合適的。只要指定足夠的文件大小，它不僅滿足監(jiān)控模塊存儲管理信息的需要，信息安全性高，同時可方便地實現(xiàn)監(jiān)控模塊與管理代理之間實時信息交換功能，從而解決它們之間的通信問題。 3管理代理與監(jiān)控模塊通信的設計?
3．1管理代理與監(jiān)控模塊間通信?
通信包括系統(tǒng)初始化連接建立、命令轉(zhuǎn)發(fā)和自定義消息。?
(1)系統(tǒng)初始化連接建立。管理代理隨受控站點啟動后，必須接收各個應用程序?qū)嵗谋O(jiān)控模塊的注冊信息，與監(jiān)控模塊建立初始連接。?
(2)命令轉(zhuǎn)發(fā)。管理代理接收到管理站點發(fā)送的UDP報文后，先識別該報文是發(fā)送給哪個監(jiān)控模塊的，然后通過Windows消息形式發(fā)送給指定的監(jiān)控模塊。?
(3)管理代理與監(jiān)控模塊之間約定一系列自定義消息，并向Windows注冊，保證雙方能夠正確地通過自定義消息進行通信。?
3．2監(jiān)控信息的收集與組織?
在受控站點上，管理代理與多個應用程序?qū)嵗谋O(jiān)控模塊之間是通過內(nèi)存映射文件進行通信的。監(jiān)控信息存儲在內(nèi)存映射文件中。?
(1)監(jiān)控信息收集就是對監(jiān)控模塊對應的內(nèi)存映射文件進行遍歷。通過遍歷獲得最新的被監(jiān)控應用程序的狀態(tài)、監(jiān)控變量的值等。?
(2)監(jiān)控信息收集時，需提供有效的同步機制，防止管理代理與監(jiān)控模塊同時訪問同一個監(jiān)控信息文件時出錯
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