東進語音記錄儀MDR3000E系列實現(xiàn)原理分析

陳堃

摘 要：目的：分析東進記錄儀MDR3000E實現(xiàn)原理。方法：通過實際運維經(jīng)驗對系統(tǒng)硬件實現(xiàn)進行分析，通過.net Reflector反編譯器、SQL Server Management Studio集成環(huán)境對系統(tǒng)軟件實現(xiàn)進行分析。結(jié)果：分析得出硬件實現(xiàn)部分系統(tǒng)采用典型的客戶機/服務(wù)器架構(gòu).服務(wù)器端軟件實現(xiàn)部分分為前/后端兩部分，前端基于WCF框架實現(xiàn)服務(wù)器端與客戶機端的交互，后端基于典型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)[1]。結(jié)論：系統(tǒng)實現(xiàn)均采用業(yè)內(nèi)標準框架，設(shè)計符合規(guī)范，存在由于具體現(xiàn)場情況造成傳統(tǒng)設(shè)計缺陷的問題（長時間運行后系統(tǒng)最后錄音功能失效），通過限制被操作數(shù)據(jù)實體的數(shù)據(jù)量解決。

關(guān)鍵詞：.net framework；SQL Server；WCF；ADO.NET組件

中圖分類號：TN912.2 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）16-0030-03

空管語音記錄系統(tǒng)實現(xiàn)了對空管運行中涉及的各類型語音的錄音、監(jiān)聽、數(shù)據(jù)查詢及備份等功能，同時除本機操作要求外提供網(wǎng)絡(luò)操作數(shù)據(jù)的功能。為民航空管提供查找事故責(zé)任、監(jiān)督工作質(zhì)量的重要手段和依據(jù)。從而有效地保證飛行的安全可靠。本文集中針對東進MDR3000E語音記錄儀系統(tǒng)服務(wù)器端軟件功能的實現(xiàn)原理進行分析，進而結(jié)合其在浦東七年來的運行情況，匯總了系統(tǒng)相關(guān)問題。包括長時間運行后系統(tǒng)最后錄音功能失效的問題，并提出了相應(yīng)的解決方案，通過實踐操作對方案進行了驗證。

1 東進MDR3000E語音記錄儀實現(xiàn)原理分析

1.1 硬件部分

東進公司的MDR3000E系列產(chǎn)品解決方案的硬件組成包括服務(wù)器，局域網(wǎng)、客戶端以及時鐘、錄音數(shù)據(jù)源。屬于典型的C/S結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。服務(wù)器匯總處理不同信號源提供的信號，客戶端通過網(wǎng)絡(luò)對服務(wù)器處理過的數(shù)據(jù)進行訪問。系統(tǒng)核心服務(wù)器硬件簡而言之其就是一臺基于PC總線的工業(yè)電腦。語音記錄的關(guān)鍵功能實現(xiàn)即通過在工控機上加裝語音記錄卡（D080D記錄單元）。

1.2 軟件部分

軟件基于windows操作系統(tǒng)開發(fā)，典型采用MVC設(shè)計模式進行程序設(shè)計，服務(wù)器前端基于.net framework開發(fā)，后臺數(shù)據(jù)庫基于Sql Server數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)開發(fā)。

1.2.1 服務(wù)器前端實現(xiàn)分析

為了深入分析前端代碼，我們使用.net Reflector軟件對程序進行反編譯。它是一個類瀏覽器和反編譯器，可以瀏覽程序集的類和方法，可以分析由這些類和方法生成的 Microsoft中間語言（MSIL），并且可以反編譯這些類和方法并查看C#或Visual Basic.NET中的等價類和方法。通過分析，我們發(fā)現(xiàn)前端代碼主要包括以下幾個程序集：

（1）D80d32。顧名思義，實現(xiàn)記錄儀系統(tǒng)D80D記錄單元的功能代碼，涉及較多非.net托管代碼，本文不作解析，通過d080d32.cpp文件將相關(guān)接口暴露在業(yè)務(wù)邏輯處理部分，不影響對系統(tǒng)實現(xiàn)原理的分析。

（2）GPSRCI。顧名思義，實現(xiàn)系統(tǒng)時鐘處理功能，包括串口時鐘信號處理的類文件（GPSMonitor.cs）、Windows系統(tǒng)時鐘處理的類文件（Win32.cs）。

（3）Log4net。包含了代表各類型日志的實體類，優(yōu)秀的第三方日志框架，引用log4net程序集，通過文件Log.config加載至開發(fā)項目，幫助程序員把日志信息輸出到各種不同的目標。

（4）MDRCommon。實現(xiàn)服務(wù)器端關(guān)于初始化服務(wù)的通用方法，包括備份記錄儀數(shù)據(jù)庫相關(guān)方法的類文件（Back UpManager.cs）、讀取/寫入程序接口 ini文件的通用類文件（IniFile.cs）。

（5）MDRContract。程序集的名稱即反映了MDR系統(tǒng)整個C/S架構(gòu)下程序間的通訊基于WCF框架，通過數(shù)據(jù)契約的序列化實現(xiàn)。程序集包括以下數(shù)據(jù)契約：

1）記錄信號相關(guān)的數(shù)據(jù)契約：表示語音通道配置的數(shù)據(jù)契約（ChnlSoundCfg.cs）、表示語音通道狀態(tài)的數(shù)據(jù)契約（ChnlSoundState.cs）、表示語音通道數(shù)據(jù)格式的契約（RecordSound.cs）；2）服務(wù)器管理相關(guān)的數(shù)據(jù)契約：表示記錄儀系統(tǒng)服務(wù)器端當(dāng)前配置信息的數(shù)據(jù)契約（SystemCfg.cs）、表示記錄儀系統(tǒng)服務(wù)器端當(dāng)前狀態(tài)信息的數(shù)據(jù)契約（SystemState.cs），包含大量GPS狀態(tài)信息、表示記錄儀系統(tǒng)服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)接口信息的數(shù)據(jù)契約（HostInfo.cs）、表示記錄儀系統(tǒng)服務(wù)器硬盤使用情況信息的數(shù)據(jù)契約（DiskInfo.cs）、表示用戶信息及權(quán)限的數(shù)據(jù)契約（UserInfo.cs）、表示系統(tǒng)運行日志的數(shù)據(jù)契約（LogInfo.cs）；3）服務(wù)器管理相關(guān)的服務(wù)契約：實現(xiàn)系統(tǒng)配置及硬盤管理的服務(wù)契約接口（ISystem Manager.cs）、實現(xiàn)用戶管理、日志管理、數(shù)據(jù)庫操作的服務(wù)契約接口（IDataManager.cs）、實現(xiàn)各類型通道操作的服務(wù)契約接口（IChnlController.cs）、通過雙程操作實現(xiàn)服務(wù)器與客戶端關(guān)于通道狀態(tài)及系統(tǒng)配置信息交互的服務(wù)契約接口（IRegisterManager.cs）。

（6）MDRServerImpl。該程序集為記錄儀系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯處理的核心，通過對前述及本程序集包含的各個實體類以及核心處理方法的調(diào)用，封裝成服務(wù)行為（MDR ServiceImpl.cs），從而實現(xiàn)系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯，主要包括以下實體類：

1）D08D32程序集：該程序集引用了所有D80D記錄單元對外的程序方法接口（D80d32程序集），因為相關(guān)硬件代碼通過C++程序段暴露接口，所以該項目大量使用MarshalAs方法，使.net framework在托管代碼和非托管代碼之間封送數(shù)據(jù)（nativeMethod.cs）；2）基于數(shù)據(jù)訪問層的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫操作通用方法（MDRDB.cs）：功能針對語音通道數(shù)據(jù)格式的契約實體提供了增、改的基礎(chǔ)操作。針對語音通道配置的數(shù)據(jù)契約實體、語音通道數(shù)據(jù)格式的契約實體分別提供了查詢基礎(chǔ)操作。查詢基礎(chǔ)操作中大量調(diào)用了序列化方法（FuncHelper.cs）將數(shù)據(jù)庫記錄映射為實體對象；3）實現(xiàn)系統(tǒng)配置及硬盤管理的實體類（SystemManager.cs）：實現(xiàn)了系統(tǒng)配置參數(shù)的讀取與設(shè)置、通道電壓狀態(tài)的讀取方法；4）基于數(shù)據(jù)訪問層實現(xiàn)用戶管理、日志管理、語音通道數(shù)據(jù)格式的契約實體查詢及統(tǒng)計操作的實體類（DataManager.cs）；5）實現(xiàn)服務(wù)器與客戶端關(guān)于通道狀態(tài)及系統(tǒng)配置信息交互的實體類（RegisterManager.cs）；6）實現(xiàn)監(jiān)聽和雷達、語音綜合回放功能的業(yè)務(wù)邏輯實體類（ChnlController.cs）；7）調(diào)用D80D32程序集實現(xiàn)監(jiān)聽和雷達、語音綜合回放功能的實體類（ChnlWorker.cs）；8）實現(xiàn)語音記錄功能的業(yè)務(wù)邏輯實體類（ChnlSound.cs）：包括通道采用語音激活方式的業(yè)務(wù)邏輯處理、采用壓控方式的業(yè)務(wù)邏輯處理。處理中調(diào)用了錄音文件生成和相關(guān)數(shù)據(jù)庫操作（MDRDB.cs）通用方法；9）實現(xiàn)語音記錄存儲區(qū)域自動清理功能的實體類（DiskClearManager.cs）：過程中引用MDRCommon程序集中的IniFile實體類方法，讀取鍵值（RemoveInfo）中語音記錄存儲區(qū)域剩余空間要求（DiskLimit）和自動清理功能運行時間間隔（DiskClearCheckInterval），如果自動清理功能運行檢查發(fā)現(xiàn)語音記錄存儲區(qū)域剩余空間小于要求，則執(zhí)行最早語音記錄刪除程序，刪除語音記錄存儲區(qū)域?qū)?yīng)最早一日的原始語音記錄文件夾及相應(yīng)數(shù)據(jù)庫記錄；10）實現(xiàn)封裝系統(tǒng)服務(wù)器端服務(wù)行為的實體類（MDR ServiceImpl.cs）：該服務(wù)行為支持并發(fā)、且采用全局所有會話單服務(wù)實例的single模式。通過調(diào)用程序集中相關(guān)實體類（ChnlController、Data Manager、SystemManager、RegisterManager）實現(xiàn)MDRContract程序集中相關(guān)接口（IChnlController、IDataManager、ISystemManager、IRegisterManager）。endprint

（7）MDRHost。基于WCF框架的服務(wù)本身不能夠單獨運行，因此該程序集即為封裝的服務(wù)行為（MDR ServiceImpl.cs）寄宿的宿主程序。主要包括以下實體類：

封裝的服務(wù)行為（MDR ServiceImpl.cs）寄宿的宿主程序的實體類（MDRHost.cs）：由內(nèi)部類中的線程類Thread Work實現(xiàn)，通過讀取Server.ini文件相關(guān)數(shù)據(jù)庫連接內(nèi)容初始化后端數(shù)據(jù)庫連接、讀取相關(guān)記錄卡類型信息初始化相關(guān)板卡驅(qū)動，宿主程序啟動后，監(jiān)聽相關(guān)停止、暫停控制指令并執(zhí)行。

1.2.2 服務(wù)器后端實現(xiàn)分析

數(shù)據(jù)庫的邏輯設(shè)計符合3NF，雖然關(guān)系模式未能規(guī)范至更高的等級，卻是最合適的[2]。記錄儀系統(tǒng)大量業(yè)務(wù)集中于語音通道數(shù)據(jù)（RecordSound）的查詢，假使數(shù)據(jù)庫的邏輯設(shè)計規(guī)范化至4NF，則大量的語音通道數(shù)據(jù)查詢使系統(tǒng)必須進行連接運算，而連接運算的代價是相當(dāng)高的，可以說關(guān)系模型低效的主要原因即做連接運算引起的。

數(shù)據(jù)庫的物理結(jié)構(gòu)設(shè)計中僅對極少屬性設(shè)計了索引。以語音通道數(shù)據(jù)表（RecordSound）為例，僅針對列（RTime）設(shè)計了非聚集索引（IX_RecordSound）。因為該列的值存在大數(shù)目的不同值以及頻繁被更新的情況，因此不適合建立聚集索引。雖然后端的邏輯設(shè)計和物理設(shè)計并無缺陷，但前后端結(jié)合后的程序設(shè)計通過實際運行后確實存在問題。2014年-2015年期間浦東地區(qū)東進記錄儀系統(tǒng)在使用4年后發(fā)生“最后錄音”功能失效及語音記錄查詢響應(yīng)緩慢的情況。我們分析系統(tǒng)故障日志，發(fā)現(xiàn)以下故障記錄：

（1）MDRServerImpl.DiskClearManager.GetSubDirMinDate（DirectoryInfo dirRoot） 位置 J：＼MDR源程序＼2011_2_18 V2.1正式版＼MDR NET RADAR 2010 0805＼MDRServerImpl＼DiskClearManager.cs：行號 143

（2）[2015-03-28 10：29：41，345][MDRServerImpl.DataManager.DeleteRecord（J：＼MDR源程序＼2011_2_18 V2.1正式版＼MDR NET RADAR 2010 0805＼MDR ServerImpl＼DataManager.cs：147）][ERROR]數(shù)據(jù)庫刪除記錄信息失敗

（3）[2015-03-28 10：29：41，345][MDRServerImpl.DataManager.DeleteRecord（J：＼MDR源程序＼2011_2_18 V2.1正式版＼MDR NET RADAR 2010 0805＼MDR ServerImpl＼DataManager.cs：148）][ERROR]超時時間已到。在操作完成之前超時時間已過或服務(wù)器未響應(yīng)。

基于服務(wù)器的前端實現(xiàn)分析，相關(guān)故障情況的直接原因為：記錄儀語音通道數(shù)據(jù)量較大，平均每日為60，000條左右，在長時間運行后系統(tǒng)記錄存儲區(qū)域剩余空間已達上限，須執(zhí)行語音記錄存儲區(qū)域自動清理功能，即程序集（MDRServerImpl）中的實體類（DiskClearManager.cs）所實現(xiàn)的功能，功能中相關(guān)語音通道數(shù)據(jù)的刪除操作由程序集（MDRServerImpl）中的實體類（DataManager.cs）實現(xiàn)，采用了ADO.NET組件庫提供的方法。默認超時時間為30s，如果在CommandTimeout屬性中設(shè)置的時間間隔內(nèi)沒有完成命令執(zhí)行，將產(chǎn)生錯誤，ADO將取消該命令。顯然長時間運行已造成系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫及語音數(shù)據(jù)存儲負荷過大，即記錄查找時間過長，進而造成刪除操作的超時情況。為避免這類情況的發(fā)生，有以下方案供選擇：

（1）取消相關(guān)實體類數(shù)據(jù)庫操作的超時設(shè)置，將屬性CommandTimeout設(shè)置為零，ADO 組件將無限期等待直到命令執(zhí)行完畢。以Command對象為例，調(diào)整Command.CommandTimeout屬性為0即可，但數(shù)據(jù)庫的刪除操作（Delete）除刪除操作本身外，包含大量事務(wù)日志的生成。基于數(shù)據(jù)庫性能，系統(tǒng)目前事務(wù)日志文件大小上限為1G。經(jīng)實際環(huán)境測算，當(dāng)刪除的數(shù)據(jù)庫記錄超過1，300，000條后，事務(wù)日志文件容量將達到上限。如果出現(xiàn)系統(tǒng)記錄存儲區(qū)域剩余空間達到上限的情況后，系統(tǒng)會不斷執(zhí)行語音記錄存儲區(qū)域自動清理操作，反復(fù)執(zhí)行勢必造成大量事務(wù)日志的生成，即使數(shù)據(jù)庫刪除操作無超時限制，數(shù)據(jù)庫最終仍會產(chǎn)生“數(shù)據(jù)庫MDR的事務(wù)日志已滿”的異常，造成自動清理功能的失效，因此該方案不可取。

（2）限制被操作數(shù)據(jù)實體的數(shù)據(jù)量以達到縮短SQL SERVER操作執(zhí)行時間的目的，這不僅滿足上位法的要求（保留1個月的語音通道數(shù)據(jù)），同時節(jié)省系統(tǒng)存儲空間、提高系統(tǒng)運行效率，因此我們選擇通過該方式解決。解決的方式有以下兩個原則：在不影響數(shù)據(jù)庫記錄查詢時間的條件下，存儲語音通道數(shù)據(jù)量盡可能最大（充分利用存儲空間）；達到系統(tǒng)記錄存儲區(qū)域剩余空間的上限后，自動清理功能刪除的記錄盡量少（減少事務(wù)日志記錄生成，提高數(shù)據(jù)庫效率）。通過實際環(huán)境測試，我們得出結(jié)果：限制被操作數(shù)據(jù)實體的數(shù)據(jù)量為5個月內(nèi)的數(shù)據(jù)生成量的條件下，能使系統(tǒng)運行達到最優(yōu)效果。使用腳本刪除系統(tǒng)多余語音通道數(shù)據(jù)后，“最后錄音”功能失效及語音記錄查詢響應(yīng)緩慢的故障恢復(fù)。在系統(tǒng)記錄存儲區(qū)域剩余空間達到上限條件下，系統(tǒng)每隔10分鐘執(zhí)行清理功能。

2 結(jié)語

本文從硬件及軟件兩個方面分析了東進MDR3000E系列記錄儀系統(tǒng)服務(wù)器端功能的實現(xiàn)原理。硬件部分集中說明了系統(tǒng)拓撲及服務(wù)器硬件配置。軟件部分分為前后端分別說明。前端包含程序設(shè)計框架、設(shè)計思路及具體代碼設(shè)計邏輯。后端包含系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的邏輯設(shè)計及物理設(shè)計分析。通過分析提出了導(dǎo)致2014年-2015年期間浦東地區(qū)東進記錄儀系統(tǒng)相關(guān)故障的設(shè)計缺陷，最終確定一種最優(yōu)的方案，實現(xiàn)限制被操作數(shù)據(jù)實體的數(shù)據(jù)量從而解決相關(guān)缺陷。

參考文獻

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