| Модуль | Имя | Версия | Лицензия | Источник | Языки | Платформы | Тип | Автор | Описание |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| FSArch | Архиватор на файловую систему | 3.8 | GPL2 | arh_FSArch.so | en,uk,ru,de | x86,x86_64,ARM | Архив | Роман Савоченко | Модуль архиватора. Предоставляет функции архивирования сообщений и значений на файловую систему. |
Модуль предназначен для архивирования сообщений и значений OpenSCADA на файловую систему.
Любая SCADA система предоставляет возможность архивирования собранных данных, т.е. формирование истории изменения (динамики) процессов. Архивы условно можно разделить на два типа: архивы сообщений и архивы значений.
Особенностью архивов сообщений является то, что архивируются так называемые события. Характерным признаком события является его время возникновения. Архивы сообщений обычно используются для архивирования сообщений программы, т.е. ведение логов и протоколов. В зависимости от источника, сообщения могут классифицироваться по различным критериям. Например, это могут быть: протоколы аварийных ситуаций, протоколы действий операторов, протоколы сбоев связи и др.
Особенностью архивов значений является их периодичность, определяемая промежутком времени между двумя смежными значениями. Архивы значений применяются для архивирования истории непрерывных процессов. Поскольку процесс непрерывный то и архивировать его можно только путём введения понятия квантования времени опроса, поскольку иначе мы получаем архивы бесконечных размеров ввиду непрерывности самой природы процесса. Кроме этого, практически мы можем получать значения с периодом ограниченным самими источниками данных. Например, довольно качественные источники данных в промышленности редко позволяют получать данные с частотой более 1кГц. И это без учёта самих датчиков, имеющих ещё менее качественные характеристики.
Для ведения архивов в OpenSCADA предусмотрена подсистема "Архивы-История". Данная подсистема, в соответствии с типами архивов, состоит из двух частей: архив сообщений и архивы значений. Подсистема, в целом, является модульной, что позволяет создавать архивы, основанные на различной природе и способах хранения данных. Данный модуль предоставляет механизм архивирования на файловую систему как для потока сообщений, так и для потока значений.
Архивы сообщений формируются архиваторами, которых может быть множество и с индивидуальными настройками, что позволяет разделять архивирование различных классов сообщений.
Архиватор сообщений этого модуля позволяет хранить данные как в файлах формата языка XML, так и в формате плоского текста. Язык разметки XML является стандартным форматом, который с лёгкостью понимают многие сторонние приложения. Однако, открытие и разбор файлов в таком формате требует значительных ресурсов. С другой стороны, формат плоского текста требует значительно меньше ресурсов, хотя и не является унифицированным, а также требует знания его структуры для стороннего разбора.
В любом случае, поддерживаются оба формата и пользователь может выбрать любой из них в соответствии со своими требованиями.
Файлы архивов именуются архиваторами согласно даты первого сообщения в архиве, например, так: "2018-05-03 17.57.03.msg".
Файлы архивов могут ограничиваться по размеру и времени. После превышения лимита создаётся новый файл. Максимальное количество файлов в директории архиватора также может быть ограничено. После превышения лимита на количество файлов, старые файлы начнут удаляться!
С целью оптимизации использования дискового пространства архиваторы поддерживают упаковку старых архивов упаковщиком gzip. Упаковка производится после продолжительного неиспользования архива.
При использовании архивов в формате языка XML, соответствующие файлы загружаются целиком! Для выгрузки неиспользуемых продолжительное время архивов применяется таймаут доступа к архиву, после превышения которого архив выгружается из памяти, а затем и пакуется.
Модулем предоставляются дополнительные параметры настройки процесса архивирования, рисунок 1.
В число этих параметров входят:
Для контроля за файлами архиватора Вы можете посмотреть во вкладке "Файлы", рисунок 2.
В таблице ниже приведен синтаксис файла архива, построенного на XML-языке:
| Тег | Описание | Атрибуты | Содержит |
|---|---|---|---|
| FSArch | Корневой элемент. Идентифицирует файл, как принадлежащий данному модулю. |
Version — версия файла архива; |
(m) |
| m | Тег отдельного сообщения. |
tm — время создания сообщения (hex - UTC в секундах от 01/01/1970); |
Текст сообщения |
Архивный файл на основе плоского текста состоит из:
Текст сообщения и категория кодируются с целью исключения символов разделителей — символ пробела.
Пример содержимого архивного файла в формате языка XML:
<?xml version='1.0' encoding='UTF-8' ?> <FSArch Version="3.2.0" Begin="4a27dfbc" End="4a28c990"> <m tm="4a28c982" tmu="905587" lv="4" cat="/sub_DAQ/mod_DiamondBoards/">Ошибка dscInit.</m> <m tm="4a28c990" tmu="595549" lv="4" cat="/sub_Transport/mod_Sockets/out_HDDTemp/">Ошибка подключения к Internet сокету: Операция выполняется в данный момент!</m> </FSArch>
Пример содержимого архивного файла в формате плоского текста:
FSArch 3.2.0 UTF-8 4a27dfbb 4a28c991 4a28c98f:432619 1 / Запуск! 4a28c98f:432858 1 /sub_Transport/ Пуск%20подсистемы. 4a28c98f:455400 1 /sub_DAQ/mod_DAQGate/cntr_test/ Включение%20контроллера! 4a28c98f:457360 1 /sub_DAQ/mod_ModBus/cntr_testTCP/ Включение%20контроллера! 4a28c98f:460691 1 /sub_DAQ/mod_ModBus/cntr_testRTU/ Включение%20контроллера! 4a28c98f:464227 1 /sub_DAQ/mod_BlockCalc/cntr_Anast1to2node/ Включение%20контроллера! 4a28c98f:680767 1 /sub_DAQ/mod_BlockCalc/cntr_KM102cntr/ Включение%20контроллера! 4a28c98f:705683 1 /sub_DAQ/mod_BlockCalc/cntr_Anast1to2node_cntr/ Включение%20контроллера! 4a28c98f:753659 1 /sub_DAQ/mod_BlockCalc/cntr_KM101/ Включение%20контроллера! 4a28c98f:905073 1 /sub_DAQ/mod_BlockCalc/cntr_KM102/ Включение%20контроллера! 4a28c990:81670 1 /sub_DAQ/mod_BlockCalc/cntr_KM201/ Включение%20контроллера! 4a28c990:206208 1 /sub_DAQ/mod_BlockCalc/cntr_КМ202/ Включение%20контроллера! 4a28c990:333471 1 /sub_DAQ/mod_BlockCalc/cntr_KM301/ Включение%20контроллера! 4a28c990:457490 1 /sub_DAQ/mod_BlockCalc/cntr_KM302/ Включение%20контроллера! 4a28c990:591702 1 /sub_DAQ/mod_System/cntr_AutoDA/ Включение%20контроллера! 4a28c990:595549 4 /sub_Transport/mod_Sockets/out_HDDTemp/ Ошибка%20подключения%20к%20Internet%20сокету:%20Операция%20выполняется%20в%20данный%20момент! 4a28c990:618617 1 /sub_DAQ/mod_SoundCard/cntr_test/ Включение%20контроллера! 4a28c990:621487 1 /sub_DAQ/mod_LogicLev/cntr_experiment/ Включение%20контроллера! 4a28c990:729323 1 /sub_DAQ/mod_JavaLikeCalc/cntr_testCalc/ Включение%20контроллера! 4a28c990:733434 1 /sub_DAQ/mod_Siemens/cntr_test/ Включение%20контроллера! 4a28c990:754368 1 /sub_DAQ/mod_DAQGate/cntr_test/ Включение%20контроллера! 4a28c990:786925 1 /sub_Archive/ Пуск%20подсистемы. 4a28c990:955967 1 /sub_DAQ/mod_BlockCalc/cntr_Anast1to2node/ Запуск%20контроллера! 4a28c990:957251 1 /sub_DAQ/mod_BlockCalc/cntr_KM102cntr/ Запуск%20контроллера! 4a28c990:957636 1 /sub_DAQ/mod_BlockCalc/cntr_Anast1to2node_cntr/ Запуск%20контроллера! 4a28c990:958006 1 /sub_DAQ/mod_BlockCalc/cntr_KM101/ Запуск%20контроллера! 4a28c990:958637 1 /sub_DAQ/mod_BlockCalc/cntr_KM102/ Запуск%20контроллера! 4a28c990:959268 1 /sub_DAQ/mod_BlockCalc/cntr_KM201/ Запуск%20контроллера! 4a28c990:959875 1 /sub_DAQ/mod_BlockCalc/cntr_КМ202/ Запуск%20контроллера! 4a28c990:961261 1 /sub_DAQ/mod_BlockCalc/cntr_KM301/ Запуск%20контроллера! 4a28c990:961919 1 /sub_DAQ/mod_BlockCalc/cntr_KM302/ Запуск%20контроллера! 4a28c990:963775 1 /sub_DAQ/mod_System/cntr_AutoDA/ Запуск%20контроллера! 4a28c990:966980 1 /sub_DAQ/mod_LogicLev/cntr_experiment/ Запуск%20контроллера! 4a28c991:26791 1 /sub_Archive/ Пуск%20подсистемы. 4a28c991:28489 1 /sub_UI/mod_VCAEngine/ Старт%20модуля.
Архивы значений формируются архиваторами значений индивидуально для каждого зарегистрированного архива. Архиваторов может быть множество и с индивидуальными настройками, которые позволяющими разделить архивы по различным параметрам, например, по точности и глубине.
Архив значений является независимым компонентом, который включает буфер, обрабатываемый архиваторами. Основным параметром архива значения является источник данных. В роли источника данных могут выступать атрибуты параметров подсистемы "Сбор данных", а также другие внешние источники данных (пассивный режим). Другими источниками данных могут быть: сетевые архиваторы удалённых OpenSCADA станций, среда программирования OpenSCADA и др. Не менее важными параметрами архива являются параметры его буфера. От параметров буфера зависит возможность работы архиваторов. 
Так, периодичность значений в буфере должна быть не больше периодичности самого быстрого архиватора, а размер буфера не менее двойного размера для самого медленного архиватора. В противном случае возможны потери данных.
Общая схема архивирования значений наглядно изображена на рисунке 3.
Файлы архивов именуются архиваторами в соответствии с датой первого значения в архиве и идентификатора архива, например, так: "CPULoad_load 2018-04-03 19.13.52.val".
Файлы архивов могут ограничиваться по времени. После превышения лимита создаётся новый файл. Максимальное количество файлов в директории архиватора также может ограничиваться. После превышения лимита на количество файлов старые файлы начнут удаляться!
С целью экономии дискового пространства архиваторы поддерживают упаковку, в дополнении к последовательной упаковке, старых архивов упаковщиком gzip. Упаковка производится после продолжительного неиспользования архива. Для обеспечения возможности быстрого подключения больших архивов к другой станции можно для упакованных файлов включить использование информационного файла, что предотвратит предварительную распаковку всех файлов на другой станции.
Модулем предоставляются дополнительные параметры настройки процесса архивирования, рисунок 4.
В число этих параметров входят:
Большие файлы архива будут дольше обрабатываться из-за продолжительной распаковки gzip-файлов и первичной индексации, при доступе к участкам архива глубоко в истории.Для контроля за файлами архиватора Вы можете посмотреть во вкладке "Файлы", рисунок 5.
К реализации архивирования на файловую систему предъявлялись следующие требования:
В соответствии с вышеприведенными требованиями, организовано архивирование методом множественности файлов (для каждого источника). Цикличность архива реализуется на уровне файлов, т.е. создается новый файл, а самый старый удаляется. Для быстрого сжатия используется метод притягивания к последнему одинаковому значению. Для этих целей в файле архива предусматривается битовая таблица упаковки размером один в один с количеством хранимых данных. Т.е. каждый бит соответствует одному значению в архиве. Значение бита указывает на наличие значения. Для потока одинаковых значений биты обнулены. В случае с архивом строк таблица является не битовой а байтовой и содержит длину соответствующего значения. В случае поступления потока одинаковых значений, длина будет нулевой и читаться будет первое одинаковое значение. Поскольку таблица байтовая то архив может хранить строки длиной не более 255 символов. Таким образом, методики хранения можно разделить на методику данных фиксированного и нефиксированного размера. Общая структура файла архива приведена на рисунке 6.
При создании нового файла архива формируются: заголовок (структура заголовка в таблице 1), нулевая битовая таблица упаковки архива и первое недостоверное значение (EVAL). Таким образом, получится архив, инициализированный недостоверными значениями. В дальнейшем, новые значения будут вставляться в область значений с корректировкой индексной таблицы упаковки. Из этого следует, что пассивные архивы будут вырождаться в файлы размером в заголовок и битовую таблицу.
Таблица 1. Структура заголовка файла архива
| Поле | Описание | Размер байт(бит) |
|---|---|---|
| f_tp | Системное имя архива ("OpenSCADA Val Arch.") | 20 |
| archive | Имя архива к которому принадлежит файл. | 20 |
| beg | Время начала архивных данных, в микросекундах | 8 |
| end | Время окончания архивных данных, в микросекундах | 8 |
| period | Период архива, в микросекундах | 8 |
| vtp | Тип значения в архиве: Логический, Целый (Целый16, Целый32, Целый64), Реальный (Float, Double), Строка | (3) |
| hgrid | Признак использования жёсткой сетки в буфере архива | (1) |
| hres | Признак использования времени высокого разрешения (микросекунды) в буфере архива | (1) |
| reserve | Резерв | 14 |
| term | Символ окончания заголовка архива (0x55) | 1 |
Разъяснение механизма последовательной упаковки приведено на рисунке 7. Как можно видеть из рисунка, признак упаковки содержит длину (нефиксированные типы) или признак упаковки (фиксированные типы) отдельно взятого значения. Это значит, что для получения смещения нужного значения необходимо сложить длины всех предыдущих действительных значений. Выполнение данной операции каждый раз и для каждого значения является крайне накладной операцией поэтому был внедрён механизм кеширования смещений значений. Механизм кеширует смещения значений через предопределённое их количество, а также кеширует смещение последнего значения, к которому производился доступ (отдельно на чтение и запись).
Изменение значений внутри существующего архива также предусмотрено. Однако, учитывая необходимость выполнения сдвига хвоста архива, рекомендуется выполнять эту операцию как можно реже и как можно большими блоками.
При проектировании и реализации данного модуля были заложены механизмы повышения эффективности процесса архивирования.
Первым механизмом является блочное (покадровое или транзакционное) помещение данных в файл архива значений. Такой механизм позволяет достичь максимальной скорости архивирования, а следовательно и позволяет одновременно архивировать больше потоков данных. Опыт практического применение показал, что система K8-3000 с обычным IDE жестким диском способна архивировать до 300000 потоков данных с периодом 1 секунда или, система K5-400 с IDE диском (2.5") способна архивировать до 100 параметров с периодом 1 миллисекунда.
Вторым механизмом является упаковка как текущих значений, так и устаревших файлов архивов, для оптимизации используемого дискового пространства. Реализовано два механизма упаковки: механизм последовательной упаковки (архивы значений) и механизм дожатия архивов стандартным упаковщиком (gzip). Данный подход позволил достичь высокой производительности в процессе архивирования текущих данных с эффективным механизмом последовательного сжатия, а дожатие стандартным упаковщиком устаревших архивов завершает общую картину компактного хранения больших массивов данных. Статистика практического применения в условиях реального зашумленного сигнала(худшая ситуация) показала, что степень последовательной упаковки составила 10%, а степень полной упаковки составила 71%.
| Modules/FSArch/ru - GFDL | November 2024 | OpenSCADA 1+r2996 |