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文檔簡(jiǎn)介

證券交易系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)——挑戰(zhàn)與實(shí)踐目錄上交所交易系統(tǒng)介紹交易系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)挑戰(zhàn)及解決之道交易系統(tǒng)的未來上交所交易系統(tǒng)介紹

發(fā)展歷史1990年11月26日成立,同年12月19日正式營(yíng)業(yè)。1997,1999發(fā)展歷史開業(yè)的第一天就采用電子撮合系統(tǒng)進(jìn)行交易撮合基于Novell服務(wù)器的局域網(wǎng)絡(luò)每秒處理3筆業(yè)務(wù),月處理成交2萬筆市場(chǎng)的委托、行情、成交回報(bào)等環(huán)節(jié)仍需要手工完成1992年12月,系統(tǒng)升級(jí)Novell主機(jī)更換為基于惠普小型機(jī)UNIX操作系統(tǒng)每秒200筆,日處理能力200萬筆1993年,采用單向衛(wèi)星廣播行情,雙向衛(wèi)星接收?qǐng)?bào)單1997年和1999年進(jìn)行了兩次設(shè)備和應(yīng)用的重大升級(jí)系統(tǒng)處理能力提高到每秒2萬筆,日處理能力800萬筆后隨著不斷的擴(kuò)容和改造,性能和容量不斷被刷新1990.12.19開業(yè)第一天即采用電子撮合系統(tǒng)每秒處理3筆,月處理2萬筆上交所1992.12系統(tǒng)升級(jí),采用UNIX小型機(jī)每秒200筆,日處理200萬筆1993.1采用衛(wèi)星廣播行情雙向衛(wèi)星接收訂單系統(tǒng)兩次升級(jí),性能提升至每秒2萬筆,日處理800萬發(fā)展歷史新一代交易系統(tǒng)的上線2009年11月23日,新一代交易系統(tǒng)上線使用多主機(jī)并行撮合最高支持10萬筆每秒全天容量1億筆訂單帳戶容量1億基于新一代交易系統(tǒng),2014年11月17日滬港通業(yè)務(wù)上線2009.11.23新一代交易系統(tǒng)上線使用多主機(jī)并行撮合最高支持10萬筆每秒全天容量1億筆訂單賬戶容量1億上交所2014.11.17滬港通業(yè)務(wù)上線海外市場(chǎng)市場(chǎng)結(jié)構(gòu)圖證監(jiān)會(huì)上交所上期所深交所大商所券商基金公司股票債券基金商品期貨貴金屬中金所QDII鄭商所權(quán)證監(jiān)管者基礎(chǔ)設(shè)施市場(chǎng)參與者投資者股指期貨OTC產(chǎn)品境內(nèi)投資者QFIIRQFIIRQFIIQFLP香港投資者上市公司行情商指數(shù)公司中登公司SFC港交所滬港通系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖券商柜臺(tái)系統(tǒng)交易所報(bào)單機(jī)通信服務(wù)器通信服務(wù)器交易主機(jī)交易主機(jī)交易主機(jī)交易主機(jī)外部接口主機(jī)外部接口主機(jī)消息總線存儲(chǔ)網(wǎng)關(guān)其他各類系統(tǒng)交易專網(wǎng)核心交易系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)交易系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)交易系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)交易系統(tǒng)的三層式劃分接入點(diǎn)B接入點(diǎn)A接入點(diǎn)C定序器1定序器1定序器2定序器2基金公司資管公司滬港通券商交易層定序?qū)咏尤雽哟楹掀?撮合器1分配股票(銀行、汽車)分配基金、ETF撮合器2撮合器2分配股票(制作業(yè)、零售)分配債券交易層功能執(zhí)行交易業(yè)務(wù)邏輯實(shí)現(xiàn)模式同組交易主機(jī)為接收單一輸入序列的狀態(tài)機(jī)從一系列獨(dú)立運(yùn)作的交易主機(jī)節(jié)點(diǎn)中自動(dòng)選舉產(chǎn)生主節(jié)點(diǎn)可利用集群鎖服務(wù)來選舉主節(jié)點(diǎn)備機(jī)可選擇“重演”或者“重放”模式交易層

集群鎖管理模式基于OpenVMS的Lock機(jī)制,實(shí)現(xiàn)了一套用于集群(Group)管理,集群內(nèi)各主機(jī)同步、通信的工具庫818283獲取鎖成功,成為集群Master獲取該鎖失敗,成為集群Slaver,同時(shí)被告知Master為81獲取該鎖失敗,成為集群Slaver,同時(shí)被告知Master為81接入層功能點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的路由轉(zhuǎn)發(fā)將券商端的訂單提交給定序?qū)訉?shí)例實(shí)現(xiàn)模式提供一組彼此對(duì)等的實(shí)例同時(shí)提供對(duì)外服務(wù)不需要考慮主從劃分和失效接管定序?qū)庸δ芨呖捎迷O(shè)計(jì)的關(guān)鍵、確定全序持久化及保持動(dòng)態(tài)一致性實(shí)現(xiàn)模式多播通信機(jī)制Paxos算法、虛同步自主研發(fā)

、商業(yè)軟件、開源軟件邏輯概念,可采用單獨(dú)排隊(duì)機(jī)定序或者主撮合定序挑戰(zhàn)及解決之道交易系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)交易系統(tǒng)在設(shè)計(jì)之初就要考慮到如何滿足和平衡各方面的技術(shù)需求高性能高可用易擴(kuò)展交易系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)平衡和抉擇的藝術(shù)高性能衡量交易系統(tǒng)性能主要指標(biāo)吞吐量訂單時(shí)延系統(tǒng)容量高性能

1.流水線化內(nèi)存撮合HCCM主機(jī)與通信服務(wù)器間通信HHCM主機(jī)間通信MSRT撮合直通路由器PreMatcher撮合預(yù)處理模塊MainMatcher主撮合模塊TradeConfirmation成交確認(rèn)DataReplication數(shù)據(jù)持久化MarketData行情數(shù)據(jù)TradeBookMaintain成交簿維護(hù)撮合內(nèi)部消息流撮合下游消息流高性能

2.內(nèi)容和鍵值分離App-1MsgSharedMemoryApp-0RefMsg

Ref.MsgABCDMsgApp-nGRef.EFAppl.Process1App-2Ref.FG精簡(jiǎn)的進(jìn)程間通信消息消息body通過內(nèi)存緩存;進(jìn)程間傳遞短小的消息header;進(jìn)程通過header信息,訪問內(nèi)存獲取消息實(shí)體;高性能

3.數(shù)據(jù)打包處理消息的打包處理請(qǐng)求消息通過用header表示后很短小,支持多條打包模式;申請(qǐng)新的共享內(nèi)存消息,消息體中包含多個(gè)請(qǐng)求實(shí)體的header;實(shí)際消息通信中傳遞打包消息的消息header即可;進(jìn)程接收消息后,根據(jù)打包消息body中的多個(gè)實(shí)際消息header,逐一處理。App-1MsgApp-0Msg

ASharedMemoryRef1Msg1Ref2Msg2RefnMsgn…Refi

Ref1+Ref2+…+RefnCBDRef.iFE高性能

4.多線程異步IO應(yīng)用異步IO提升性能的典型案例調(diào)用進(jìn)程通過異步IO連續(xù)的拋出一組IO請(qǐng)求,RMS可以并行地處理這些請(qǐng)求,成倍地提升IO吞吐量;連續(xù)發(fā)出的請(qǐng)求應(yīng)當(dāng)有一定限制,當(dāng)未完成的請(qǐng)求數(shù)量達(dá)到限制時(shí),調(diào)用進(jìn)程可以主動(dòng)將自己阻塞。調(diào)用進(jìn)程AST調(diào)用進(jìn)程RMS(文件系統(tǒng))達(dá)到并發(fā)IO請(qǐng)求的上限,主動(dòng)阻塞高性能

5.多機(jī)并行OESCSHost交易主機(jī)集群HostHost中央主機(jī)集群HostHostHostCSCSOESOES外高橋數(shù)據(jù)中心陸家嘴數(shù)據(jù)中心高可用衡量交易系統(tǒng)可用性主要指標(biāo)恢復(fù)時(shí)間目標(biāo)RTO(RecoveryTimeObjectives)恢復(fù)點(diǎn)目標(biāo)RPO(RecoveryPointObjectives)高可用

技術(shù)抉擇的難題人工偵測(cè)故障

OR

應(yīng)用程序自動(dòng)偵測(cè)故障?應(yīng)對(duì)單點(diǎn)故障

OR

應(yīng)對(duì)雙點(diǎn)故障?同城災(zāi)備同步復(fù)制

OR

異步復(fù)制?高可用

1.站點(diǎn)備份站點(diǎn)備份高可用

2.主機(jī)備份高可用

3.進(jìn)程恢復(fù)進(jìn)程的恢復(fù)機(jī)制事務(wù)/請(qǐng)求數(shù)據(jù)帶事務(wù)的文件存儲(chǔ),包含相應(yīng)的狀態(tài)位;任何一個(gè)進(jìn)程異常,根據(jù)事務(wù)文件中數(shù)據(jù)狀態(tài)重演恢復(fù);無法應(yīng)對(duì)程序本身邏輯錯(cuò)誤TxnDataApp-0AApp-1TxnDataDatabase/JournaledFileData+statusBCDApp-1’TriggerE高可用

4.消息重發(fā)/防重處理系統(tǒng)發(fā)生主備切換切換完成后的自動(dòng)通知機(jī)制未響應(yīng)消息重新路由機(jī)制消息防重復(fù)處理機(jī)制高可用

5.流控機(jī)制流量/負(fù)載控制:系統(tǒng)必須提供自保護(hù)機(jī)制來處理異常的大量或者突發(fā)交易量包括主動(dòng)控制和被動(dòng)控制主動(dòng)控制:主動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)于前端(請(qǐng)求源端)會(huì)員,根據(jù)尚未響應(yīng)的訂單數(shù)量控制請(qǐng)求發(fā)送速度系統(tǒng)可配置成會(huì)員端總體的請(qǐng)求數(shù)量不超過后臺(tái)的處理能力,因此從源端控制整個(gè)系統(tǒng)的負(fù)載被動(dòng)控制:路由架構(gòu)內(nèi)置的自我保護(hù)機(jī)制每個(gè)路由架構(gòu)組件跟蹤其輸入/輸出差異,并且根據(jù)監(jiān)測(cè)的差異觸發(fā)自我保護(hù)機(jī)制來或者阻塞消息流,或者彈回新的請(qǐng)求易擴(kuò)展主要指標(biāo)擴(kuò)展性衡量系統(tǒng)適應(yīng)業(yè)務(wù)發(fā)展與變更的能力,既包括業(yè)務(wù)容量的擴(kuò)展又包括業(yè)務(wù)模式的擴(kuò)展應(yīng)對(duì)方案高擴(kuò)展性需要在內(nèi)部核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和接口定義上預(yù)留足夠的擴(kuò)展空間。系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)上,通過分層抽象服務(wù)使得某一個(gè)層次的升級(jí)更新不影響到全局架構(gòu),通過模塊化設(shè)計(jì)使得某一個(gè)模塊的變更不影響到整體穩(wěn)定。易擴(kuò)展

1.系統(tǒng)架構(gòu)的擴(kuò)展Front

EndHost

TierTradingClusterTHCentralClusterCHEICSCSCSCS

TierLAN…OESOESOESOES

Tier…BinaryvaluesFixStepProtocol

Tier…Back

EndLANWANorLAN后臺(tái)的擴(kuò)展交易層中的各個(gè)平臺(tái),可以平行擴(kuò)展設(shè)備,支持業(yè)務(wù)的容量和品種的發(fā)展接入層中,可以根據(jù)網(wǎng)段規(guī)模和接入點(diǎn)無縫第進(jìn)行平行擴(kuò)展;每個(gè)接入點(diǎn)屬于無狀態(tài)設(shè)備前臺(tái)的擴(kuò)展對(duì)于市場(chǎng)參與者的接入,既提供客戶端的模式,也支持消息協(xié)議和API的模式擴(kuò)展交易所提供的接入端可以無差異的多地不少和彼此備份、分流業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)等易擴(kuò)展

2.應(yīng)用配置的擴(kuò)展基于產(chǎn)品的不同類別配置,可根據(jù)負(fù)載均衡的原則,重新進(jìn)行劃分或擴(kuò)展單一類別的處理容量可以通過配置參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整后的容量在系統(tǒng)重啟后自動(dòng)生效銀行股銀行股A銀行股B主機(jī)1主機(jī)2主機(jī)1醫(yī)藥板塊零售板塊訂單量200w訂單量200w醫(yī)藥板塊零售板塊訂單量500w訂單量150w易擴(kuò)展

3.設(shè)計(jì)模式的分層設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)PattenLayerFunctionLayerWrapperLayerOS操作系統(tǒng)(Linux,UNIX,FreeBSD等支持POSIX接口的操作系統(tǒng))批處理架構(gòu)BATArch消息通訊架構(gòu)MSGArch應(yīng)用進(jìn)程架構(gòu)SHLArch監(jiān)控架構(gòu)MONArch操作架構(gòu)OPTArch高可用架構(gòu)HArch共享內(nèi)存庫SHMLib日志庫LOGLib同步IO庫SIOLib異步IO庫AIOLib配置信息庫CFGLib數(shù)據(jù)算法庫DSMLib應(yīng)用鎖庫LCKLibC99標(biāo)準(zhǔn)POSIX標(biāo)準(zhǔn)OSFeatureGLIBLog4cOSW

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