下载电驴服务器

第35卷第2期2016年2月绵阳师范学院学报JournalofMianyangTeachers'CollegeVol.
35No.
2Feb.
,2016收稿日期:2015-12-22基金项目:国家自然科学基金(61402376,U1433130);数字空间安全保障四川省高校重点实验室开放课题资助(szjj2014-078);教育部春晖计划(Z2014051);四川省科技厅项目(2013JY0089,2016JY0244);四川省教育厅重点项目(13ZA0019).
作者简介:周鑫(1990-),男,四川泸州人,工学硕士,研究方向:Petri网理论及应用基于Petri网的带宽共享系统设计周鑫,宋文,唐明伟,王开建(西华大学计算机与软件工程学院,四川成都610039)摘要:针对局域内网单台计算机下载外网资源速度慢的问题,本文以Petri网为系统逻辑设计工具,提出一种基于P2P(PeertoPeer)分布式结构的外网带宽共享协议.
该协议指定内网多台计算机在外网下载所需文件的不同片段,再由局域内网传输给任务发起者所属计算机进行原文件整合.
协议充分利用多台计算机的并行下载能力以及局域内网的快速传输能力,从逻辑层面提高了单台计算机的下行带宽.
本文进一步通过基于Petri网的可达标志图,S_不变量和流程图方法对协议的逻辑正确性和行为许可性进行了验证.
关键词:Petri网;P2P网络;网络加速;带宽共享;文件传输协议;分布式中图分类号:TP393文献标志码:A文章编号:1672612x(2016)020083080引言P2P是一种与C/S(Client/Server)结构相对的网络结构.
在该结构中,节点与节点间的关系平等,且每个节点扮演相似的角色.
P2P从一开始的集中式(与C/S有区别,该中央节点存储数据索引而非数据本身)发展为纯分布式、混合式与结构化,其中混合式发展较为成熟[1].
目前基于P2P的主流下载软件有:迅雷、电驴和BT等,它们均采用混合式P2P结构,即服务器端存储资源的地址,客户端存储资源.
服务器起索引作用,有资源的客户端向发出请求的客户端直接发送该资源,既可以是完整的,也可以是片段.
该结构既缓解了中心服务器的存储及带宽压力,也很好地解决了资源单一的问题.
文献[2]通过校园网服务器提前下载网络热点资源的方式,以提高用户体验.
文献[3]采用多线程并行调度算法对网络进行仿真加速.
文献[4]从网络游戏用户业务感知的角度出发,通过分析网络游戏的应用特征,研究提升用户网络游戏业务感知的最优策略.
文献[5]基于网络编码理论和TCP协议,在高丢包率应用场景下,对传统TCP协议进行改进,实现一个网络加速系统.
文献[6]针对现有网络缓存加速技术存在的缺陷,设计了一套网络缓存加速系统.
文献[7]实现了一种利用P2P技术组件加速网络集群来优化CDN(ContentDeliveryNetwork)网络组织结构的加速方案,同时建立了域名分类映射表对用户内容进行分类.
文献[8]结合目前流行的P2P技术及设计原理,对P2P网络搭建、信息查询、数据路由、网络加速原理等关键技术进行了深入研究.
但是,即使是资源丰富,且网络通畅,完全针对外网的结构,其下载能力不能突破服务商带宽的限制.
文献[2]中的预下载方法也只能对小范围的资源有加速作用.
本文使用了P2P分布式结构,对一个外网的资源的不同片段分配给内网的不同计算机下载,再通过内网高速传送整合,以提升目标用户的下载速度.
这种带宽共享的方式在逻辑层面上突破了外网带宽限制.
本文使用了Petri网作为建模工具,对文中提出的带宽共享协议进行建模,并借助Petri网仿真软件Tina(TimepetriNetAnalyzer)生成模型的可达标识图,在该可达标识图上分析模型主体结构的性质.
借助Matalab软件求解修改后模型主体结构的S_不变量,使用S_不变量对模型的主体结构进行性质分析.
最后,使用流程图的方法对模型中的完整性检测器进行正确性验证.
从逻辑层面上验证提出的网络加速器的可行性及正确性.
有关原型Petri网的基本概念来自于文献[9-12].
1带抑止弧Petri网的基本概念定义2.
1带抑止弧的Petri网是一个五元组=(S,T;F,I,M)其中,(S,T;F)是一个网,M是网的一个标识,IS*T称为抑止弧集,I∩F=(即s∈S∧t∈T:(s,t)∈F(s,t)I).
1)对t∈T,如果a)s∈S:(s,t)∈FM(s)1b)s∈S:(s,t)∈IM(s)=0则t在标识M有发生权(仍记为M[t>).
2)若M[t>,则变迁t在M可以发生.
T在M发生产生新的标识M':M'(s)=M(s)-1,若(s,t)∈F∧(t,s)F;M(s)+1,若(s,t)∈F∧(s,t)F;M(s),{other2带宽共享系统结构本系统是在局域网环境下采用的纯P2P网络结构,同一局域网中的计算机可以组成一个组.
以资源图1带宽共享系统总体结构Fig.
1overallstructureofbandwidthsharingsystem下载为例,任何一个计算机(下载主机)需要从外网下载资源有两种途径,用图1辅之说明.
(1)一种是单独通过路径①,此为传统的下载方式,不能突破带宽限制;(2)是本文提出的新型结构,通过②③两种路径协作完成数据传输任务(注意,下载辅机之间没有路径③),下载主机和下载辅机并行地从外网中下载同一资源的不同片段,如图中路径②;下载辅机再通过路径③并行传输数据给下载主机;下载主机对各个部分的数据进行原文件整合,得到和单独使用路径①下载的相同的文件.
图中连接线的粗细代表传输速度的快慢,虚线椭圆内的计算机组成一个组,所有途径③的传输速率为此消彼长的关系,其速率总和理论上等于该局域网的传输速率.
3模型的建立3.
1下载资源获取器下载主机通过统一资源定位符URL(UniformResourceLocator)获取该资源的地址,通过地址获取网络文件流,在文件流中,不同的定位可以下载该文件的不同片段,用Petri网表示为图2.
图中库所U中存放URL,变迁t表示把总任务(下载一个完整的文件)切割为n(若干)个小任务(每个小任务除了文件最后一部分可能大小不固定,其它部分大小固定),存放在库所G中.
T为初始任务切割·48·第35卷绵阳师范学院学报(自然科学版)的备份库所,用于检测最后整合的资源是否完整.
图2下载资源获取器Fig.
2accessofdownloadresources3.
2任务分配在图3中,总任务存储在库所G中,本文选择了一个较低风险的均衡策略:轮询任务分配.
轮询分配需要令牌,即A2库所的托肯.
A2B2C2库所存放令牌,本文为模型设计了一个令牌.
变迁a和库所G、A1弧上的权代表计算机A的下载能力(变迁b、c和a功能相同),用当前下载速度去衡量:Dable=V/64,其中Dable为下载能力,V为当前测得的平均下载速度,如V为194kb/s,因此该计算机当前的下载能力为3.
对G中的任务会根据各计算机的下载能力按比例分配,如果这个简单的分配用Petri网来实现,会相当复杂,因此,只需使用一个简单的计算方法:将任务个数按比例计算作为对应弧的权即可.
但图3的轮询分配有问题:令牌只有一个,当代表下载能力的资源用尽时(比如A1中的资源用尽),变迁a就无法发生,那么令牌便无法从A2流动到B2,从而导致系统产生死锁.
此时如果G中的任务还没分配完,则整个系统无法正常运行.
第3.
3节的令牌轮询死锁消除器可以消除此死锁.
图3令牌轮询器Fig.
3thetokenpoller3.
3令牌轮询死锁消除器对于上述问题,如果A的任务分配完而总任务没分配完(A1中无托肯,但G中有托肯时),则A的令图4令牌轮询死锁消除器Fig.
4tokenpollingdeadlockeliminator牌需要移交给B,即图3中A2的托肯要流动到B2,变迁a1能起到此作用,如图4所示.
3.
4任务回收器在某台计算机突然断网的情况下,控制系统应将已分配的任务重新分配给另外的计算机.
计算机的状态分可用和不可用,需要为每台计算机设计一个开关.
如图5所示,变迁a2将计算机A的状态由可用转换为不可用,变迁a3的作用刚好相反,将计算机A的状态由不可用转换为可用.
当计算机A不可用时,系统应将没有完成的任务收回,以便重新分配给剩下的可用计算机:变迁a4和a5在A不可用的情况下将已分配的任务(库所A中的托肯)和待分配的任务(库所A2中的托肯)退还给总任务库所G.
·58·周鑫等:基于Petri网的带宽共享系统设计第2期图5任务回收器Fig.
5taskcollector3.
5回收的任务重新分配回收的任务存放在库所G中后,根据3.
2及3.
3节的结构,系统会自动进行任务的分配.
结合图5可知:任务重分配过程中,控制器只为可用状态的计算机重新分配任务.
3.
6数据整合器下载辅机根据分配的任务进行资源下载,单个任务完成后便可将对应的资源片段传送给下载主机,下载主机将接收的资源和自己下载的资源整合,最后进行完整性校验,图6为资源整合的过程.
图6数据整合器Fig.
6dataintegration3.
7完整性检测器在整个文件下载完成后会进行最后的完整性校验.
图7(1)所示为失败检测器.
当变迁g将库所A和C中的托肯成对拖走时,如果库所A或库所C只有之一有托肯,则变迁f1或k1会相应发生.
此时,库所R1会产生托肯,即判断库所A和库所C中的托肯数不一样(下载文件不完整).
R1中有托肯,表示下载文件不完整.
这就是失败检测.
图7(2)所示为成功检测器.
当A和C中托肯个数相同时,变迁g可将二者的托肯同时清空,此时变迁f和k均能发生,使得库所H和I能流入一个托肯.
因此,变迁r可图7(1)失败检测器(2)成功检测器Fig.
7(1)failuredetector(2)successdetector以发生时,库所R2中出现托肯.
R2中有托肯,表示下载文件完整.
这就是成功检测.
图7(1)和7(2)中的库所G/A/A1/B/B1/C/C1库所与图3、图4和图5中的G、A、A1等库所一一对应,其分别与变迁f1、g1、k1、f2、g2、k2有相连的抑止弧,表示下载工作完成后才开始校验,以避免中途作不必要的校验.
资源下载完成后需要失败校验器和成功校验器同时校验.
如果R1中无托肯,说明要么处于校验过程中,要么A、T库所中托肯数相等,但不能判定是二者中的哪一种情况,配合成功校验器便能判定;同理,如果R2中无托肯,只能说明要么处于校验过程中,要么A、T的托肯数不等,但不能判定是二者中的哪一种情况,配合失败校验器便能判定.
因此,文件的完整性检测需要失败检测器和成功检测器同时检测.
·68·第35卷绵阳师范学院学报(自然科学版)3.
8完整系统建模图8是整个P2P带宽共享系统的Petri网模型,刻画了按资源地址定位资源,将任务进行切割、分配、回收、重新分配以及片段整合,最后再进行资源完整性校验的过程.
模型中各个部件的功能在前些章节已经详细阐述,在此不再赘述.
图8完整系统模型Fig.
8overallsystemmodel4系统性质分析Petri网的结构复杂性增加了其性质分析的困难,可以采用折叠或层次模拟的方法验证模型[9].
对图8的模型进行简化,对开关进行折叠,如图9.
删除下载辅机C,G中的初始托肯数置为2,A、B的下载能力为1.
此条件下不会出现令牌轮询死锁,因此不需要图6的控制器.
图9对开关控制器进行折叠Fig.
9foldingtheon-offcontroller对系统进一步化简,由于折叠后的开关控制器连接的变迁都是双向弧,因此可以删除开关控制器,简化后的系统结构如图10所示.
4.
1系统主结构正确性验证定义4.
1若x为T()的死节点,则h(x)称为G()的末端节点(terminalnode)[9].
其中,T()为系统的可达标识树,G()为的可达标识图.
·78·周鑫等:基于Petri网的带宽共享系统设计第2期定理4.
1若G()有末端节点,则的任何变迁都不是或的[9].
图10简化图8的系统结构Fig.
10simplifiedsystemstructureofFig.
8对图10的可达标志图进行分析,如图11所示.
除了节点21只有入弧外,其它节点既有入弧也有出弧,即有且仅有一个末端节点,根据定义4.
1和定理4.
1可知,本系统并不是一个活系统,因为系统的功能为单项传输:由下载辅机单项传送数据给下载主机,期间有任务没有完成可以重新分配,当所有数据传送至下载主机后,整个系统停止运行,等待下一个任务开始.
节点21是任务完成的一个状态.
为了对系统性质进一步分析,需要对模型进行修改,修改后的系统会改变原系统的一些性质,但可以帮助分析原系统的运行情况.
在图10中,库所A与A2之间增加一个变迁a6,以及A到a6,到a6到A2的弧.
因为原系统是不活的[9],修改后的系统在理论上假设传送到下载主机的数据可以重新下载,重新传输,因此可以对其进行不变量分析.
表1为修改后系统的关联矩阵.
图11图10的可达标识图Fig.
11areachablegraphofFig.
10·88·第35卷绵阳师范学院学报(自然科学版)表1修改后模型的关联矩阵Tab.
1theincidencematrixofarevisedmodelaa1a5a6bb1b5b6hi1i2M0A010-100001010A11-1-1000000010A2-100010000101B0000010-1-1010B100-101-1000010B21000-10000100G-1011-10110012定义4.
2N是P/T网的关联矩阵,N'是N的转置:一个库所向量i:SNZ(Z为整数)称为S-invariant(S不变量)当且仅当N'·i=0[11].
由定义4.
2解得表1的关联矩阵对应的S不变量为(A,A1,A2,B,B1,B2,G)=(0,0,1,0,0,1,0),即M(A2)+M(B2)=1,结合图11(Petri网的模拟软件Tina的性质分析图)的无死锁验证,可以说明修改后的模型的轮询机制的正确性:令牌有限((M(A2)+M(B2)不变)和轮询(无死锁).
由于修改后的模型没有影响修改前的轮询结构,可以认为原模型的轮询器也是正确的.
另一个S不变(A,A1,A2,B,B1,B2,G)=(1,1,0,1,1,0,1),即M(A)+M(A1)+M(B)+M(B1)+M(G)=2=M0(G),即任务完成过程按照调度过程进行能保证其完整性.
由此可以得出结论:任务按照系统调度进行能保证其数据完整传输到下载主机.
图12修改后的模型无死锁等性质验证Fig.
12theverificationofnon-deadlockofarevisedmodel4.
2校验器正确性验证如图13所示,采用流程图的方法可以对成功检测器和失败检测器进行正确性验证,通过流程图的分析,可以验证两种检测器可以达到不同的检测效果.
·98·周鑫等:基于Petri网的带宽共享系统设计第2期图13用流程图验证成功检测器和失败检测器Fig.
13flowcharttoverifysuccessdetectorandfailuredetector5结束语本文使用P2P分布式结构,设计了局域内网和外网相结合的外网带宽共享协议,采用了离散并发模型Petri网对系统协议进行了建模.
最后通过可达标识图、S_不变量及流程图对模型进行了性质分析和正确性验证,从逻辑层次上验证该网络加速器的可行性和正确性.
下一步的工作是对本系统程序实现.
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TheNewCurriculumofBiologyinJuniorHighSchoolandCollaborativeLearningZENGZhu1,LUOYing2(1.
MianyangNo.
4MiddleSchoolofSichuan,Mianyang621000;2.
SchoolofBiologyScienceandTechnology,MianyangTeachers'College,Mianyang621006,China)Abstract:Collaborativelearning,afrequentemployedteachingtheoryandstrategyintheworldwide,aimsatpromotingthemutualcommunicationanddevelopmentamongstudentsandbetweenteacherandstudent.
AccordingtoTheNewCurriculumofBiologyinJuniorHighSchool,biologyteachingshould,combinedwiththecoursecharacteristicsofBiology,targetstudent'sall-rounddevelopmentandlifelongdevelopment,andshouldexploretheconcreteapplicationanddevelopmentofcorporativelearninginBiologycourseinjuniorhighschool.
ThispaperprobesintotheconcreteapplicationofcollaborativelearninginthecourseofBiologyinjuniorhighschoolinChina.
Keywords:Biologyteaching,TheNewCurriculum,collaborativelearning,developmentinall-roundway(责任编辑:陈桂芳)(上接第90页)DesignofBandwidthSharingSystembasedonPetrinetZHOUXin,SONGWen,TANGMingwei,WANGKaijian(SchoolofComputerandSoftwareEngineering,XihuaUniversity,ChengduSichuan610039,China)Abstract:Downloadingresourcesbyacomputerusuallysuffersslowdownloadspeedinlocalareanetwork.
Petrinetsaresuitableforlogicprogrammingofatargetsystem.
Hence,thisstudyproposesanouternetbandwidthsharingprotocolwithakindofdistributedstructuresbasedonPetrinets.
Thisprotocoldefinesavalidfiledownloadcalculationprocess.
First,thecomputersintheintranetarespecifiedbytheprotocoltodownloadthedifferentiablefragmentsofanobjectfile.
Then,thesefragmentsaresenttothecomputeroftheoriginator,whichcompletesfinalfileintegration.
Theprotocolmakesfulluseoftheabilitiesoftheparalleldownloadsformultiplecomputersandthefastdatatransmissioncapacityintheintranet.
Theproposedmethodexpandsthedownlinkbandwidthofasinglecomputeratthelogiclevel.
Finally,logicalcorrectnessandbehavioravailabilityoftheprotocolarecheckedbyusingreachabilitygraph,S_invariant,andflowdiagramofPetrinets.
Keywords:Petrinet,P2Pnetwork,networkacceleration,bandwidthsharing,filetransferprotocol,distributed(责任编辑:陈英)·931·曾珠等:初中生物新课程与合作学习第2期