一種雲計算環境中虛擬主機的高並發高可靠負載均衡軟體架構設計的製作方法

2023-06-20 01:25:46 3

一種雲計算環境中虛擬主機的高並發高可靠負載均衡軟體架構設計的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種軟體架構設計方法，具體是一種雲計算環境下虛擬主機的高並發高可靠的負載均衡軟體架構設計。一種雲計算環境下虛擬主機的高並發高可靠的負載均衡軟體的技術方案是通過高並發組件、負載均衡組件、健康檢查組件、雲分配調度管理組件等實現應用的高並發、高可靠，同時可滿足隨著應用業務量周期性變化，實現虛擬機的彈性縮放，增加或降低虛擬機吞吐量、數據處理能力、提升虛擬機靈活性和可用性。
【專利說明】一種雲計算環境中虛擬主機的高並發高可靠負載均衡軟體 架構設計
[0001]

【技術領域】 本發明涉及一種軟體架構設計方法，具體是一種雲計算環境下虛擬主機的高並發高可 靠的負載均衡軟體架構設計。

【背景技術】
[0002] 隨著雲計算技術的發展，使用虛擬機來承載業務應用，提升硬體伺服器的效率，節 約能源，降低經濟成本和空間浪費，成為今後發展一大趨勢。
[0003] 虛擬機與真實物理伺服器一樣，擁有CPU、內存、磁碟空間等資源，隨著業務量的提 高，訪問量和數據流量的周期性(每日8點-18點)快速增長，虛擬機的處理能力和計算強度 也相應地增大，使得單一虛擬機根本無法承擔。在此情況下，如果對現有虛擬機在線擴容， 可滿足一定要求。然而隨著業務量周期性降低就造成現有資源的浪費，同時，並不能保證虛 擬機穩定可靠，避免單點故障造成虛擬機上的業務不能正常運轉。因此，為保障虛擬機高可 靠以及周期性高並發彈性的需求，迫切需要一種廉價有效透明的方法動態擴展虛擬機以及 增加虛擬機吞吐量、數據處理能力、提升虛擬機靈活性和可用性。
[0004] 此時，迫切需求一種雲計算環境下虛擬主機的高並發高可靠的負載均衡軟體，來 確保虛擬機的高並發與高可靠。最終滿足虛擬機對上層應用支撐，成為業界關注的問題。


【發明內容】

[0005] 為了保障虛擬機的高可靠與高並發以及可用性，本發明提出了一種雲計算環境下 虛擬主機的高並發高可靠的負載均衡軟體架構設計，能夠充分利用雲計算平臺的優勢，提 升虛擬主機處理能力與可靠性，有利於雲計算推廣與應用。
[0006] 為達到上述目的，本發明所設計的一種雲計算環境下虛擬主機的高並發高可靠的 負載均衡軟體架構，包括如下四大組件：並發處理組件、負載均衡組件、雲分配調度管理組 件、健康檢查組件 進一步，所述的並發處理組件是基於集群技術和Linux作業系統設計的一種高性能、 高可用的伺服器，它具有很好的可伸縮性、可靠性和可管理性。並發處理器組件工作在網絡 4層，抗負載能力強、僅作請求分發之用，自身採用雙機熱備方案，避免並發處理器單點故 障； 進一步，所述的負載均衡組件是一種基於事件驅動，單一進程模型，避免多進程或多 線程模型受內存限制、系統調度器限制以及無處不在的鎖限制，此模型支持非常大的並發 連接數TCP和HTTP應用的代理，使每個CPU時間片（Cycle)做更多的工作，並支持虛擬主 機。
[0007] 進一步，所述的雲分配調度管理組件根據健康管理組件信息，在雲資源池中根據 一定策略自動創建虛擬主機和關閉虛擬主機。並將創建好的虛擬主機真實IP分配給負載 均衡組件或退出負載均衡組件，同時，通過雲分配調度管理組件可以查看虛擬主機集群情 況。
[0008] 進一步，所述的健康檢查組件可以按照指定規則對虛擬主機進行健康和可用性檢 查，自動隔離異常狀態虛擬主機和多餘虛擬機，從而解決單臺虛擬主機在處理性能，擴展 性，穩定性，以及冗餘等方面的問題。一旦發現健康問題，調度雲分配調度管理組件增加將 服務切換，確保服務可用性。
[0009] 本發明構造一種雲計算環境下虛擬主機的高並發高可靠的負載均衡軟體，將雲虛 擬主機池、並發組件、負載均衡組件、健康檢查組件、雲分配調度管理組件等軟體組件進行 了優化組合，滿足雲計算環境下，業務應用對虛擬主機高並發、高可靠實施需求。在可用性 和易用性方面比F5更加靈活與實用。
[0010] 通過本發明提出的一種雲計算環境下虛擬主機的高並發高可靠的負載均衡軟體， 可以滿足雲環境下高並發、高可靠實施要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 圖1是本發明邏輯架構示意圖； 圖2是本發明直接路由模式示意圖； 圖3是本發明隧道路由模式示意圖。

【具體實施方式】
[0012] 下面參照附圖對本發明進行詳細說明。以下對本發明的詳細說明並不是對本發明 的限制。相反，本發明的範圍是由所附權利要求而定的。
[0013] 本發明一種雲計算環境下虛擬主機的高並發高可靠的負載均衡軟體架構示意圖 如圖1所示。
[0014] 從底向上依次為： 雲主機資源池：計算、存儲、網絡等物理基礎設施資源經虛擬化後形成邏輯資源池，通 過虛擬化管理軟體進行重新分配，形成滿足業務需要的虛擬主機。雲主機資源池是由若干 不同規格虛擬主機組成。
[0015] 健康檢查組件：根據度量指標（Metrics)對虛擬機健康狀況進行檢查，主要度量 指標：系統負載（Load)、內存使用率、CPU使用率、磁碟I/O等，通過對虛擬主機周期性全面 健康評估，給雲分配調度管理組件提供決策支持。
[0016] 雲分配調度管理組件：根據健康檢查組件度量指標結果，訪問高峰期時間段內自 動啟動虛擬機和訪問量降低的時間段內關閉虛擬機。通過雲分配管理組件可以設定虛擬機 業務群最大個數與默認個數，監測當前虛擬機業務群，根據需要人為對虛擬機生命周期管 理(啟動、停止、創建、銷毀、快照)。
[0017] 負載均衡組件：提供高可用性、負載均衡以及基於TCP和HTTP應用的代理，支持從 4層至7層的網絡交換，即覆蓋所有的TCP協議，支持基於請求URUH0ST頭、COOKIE等進行 內容交換，基於動態加權輪循，加權源地址哈希，加權URL哈希和加權參數哈希實現負載均 衡算法。
[0018] 並發處理組件：它是整個虛擬機集群對外面的前端機，負責將客戶的請求發送到 一組虛擬機上執行，而客戶認為服務是來自同一個IP位址，它基於IP輪詢技術，調度器具 有很好的吞吐率，將請求均衡地轉移到不同的虛擬機上執行，結合負載均衡技術將一組虛 擬機構成一個高性能的、高可用的虛擬機集群，整個虛擬機集群的結構對用戶來講是透明 的，而且無需修改客戶端與伺服器端程序，具有較高的透明性、可伸縮性、高可用性和易管 理性。
[0019] 本發明直接路由模式示意圖如圖2所示。
[0020] 結合圖2,進行闡述當集群應用計算機和調度計算機在同一個網段時，可以用直接 路由技術實現虛擬伺服器。在這種技術下，調度機和應用伺服器都使用同一個IP對外服 務。但只有調度機對ARP請求進行響應，所有應用伺服器對自身IP的ARP請求保持靜默。 具體實現是網關會把對這個服務IP的請求全部定向給調度機，而調度機收到數據包後根 據調度算法，找出對應的應用伺服器，把目的MAC地址改為應用伺服器的MAC地址並發給這 臺應用伺服器。這時應用伺服器收到這個數據包相當於直接從客戶端收到這個數據包，處 理後直接返回給客戶端。由於調度機要對二層包頭進行改換，所以調度機和應用伺服器之 間必須在一個廣播域，或者在同一臺交換機上。
[0021] DR模式具體的工作模式是當用戶訪問業務虛擬IP後，業務虛擬IP把數據包通過 調度機轉交給應用伺服器，應用伺服器在收到數據包後通過網卡別名欺騙(節點的網卡配 置別名，IP為業務虛擬IP)，直接用業務虛擬IP相應客戶端，從而加快了回應速度，也避免 了調度機成為地址轉換的單點故障.目前主要應用的為DR模式的負載均衡。
[0022] 本發明隧道路由模式示意圖如圖3所示。
[0023] 結合圖3,進行闡述.當集群的節點不在同一個網段時可用的轉發機制，也就是用 IP隧道技術實現虛擬伺服器。IP隧道技術是將IP包封裝在其他網絡流量中的方法。為了 安全的考慮，應該使用隧道技術中的VPN，也可使用租用專線。
[0024] TUN模式源於採用NAT技術時，由於請求和響應報文都必須經過調度器地址重寫， 當客戶請求越來越多時，調度器的處理能力將成為瓶頸。為了解決這個問題，調度器把請求 報文通過IP隧道轉發至應用伺服器，而應用伺服器將響應直接返回給客戶，所以調度機只 處理請求報文。由於一般網絡服務應答比請求報文大許多，採用VS/TUN技術後，集群系統 的最大吞吐量可以提高10倍。（通過重寫ip來實現，應用伺服器直接回復客戶端。）
【權利要求】
1. 一種雲計算環境下虛擬主機的高並發高可靠的負載均衡軟體架構設計，其特徵在 於，採用並發處理組件、負載均衡組件、雲分配調度管理組件、健康檢查組件等將雲主機機 資源池銜接起來，實現雲計算環境下應用的高並發、高可靠與負載均衡。
2. 如權利要求1所述的一種雲計算環境下虛擬主機的高並發高可靠的負載均衡軟體 架構，其特徵在於，採用雲分配調度管理組件，根據需要實現虛擬資源的分配與管理。
3. 如權利要求1所述的一種雲計算環境下虛擬主機的高並發高可靠的負載均衡軟體 架構，其特徵在於，採用健康檢查組件，定時採集虛擬機的健康度量指標，並實現度量指標 在迴環資料庫存儲。
4. 如權利要求1所述的一種雲計算環境下虛擬主機的高並發高可靠的負載均衡軟體 架構，其特徵在於，採用負載均衡組件，提供4層和7層的負載均衡，無論是Web伺服器，還 是中間件伺服器，無需更改配置即可透明接入。
5. 如權利要求1所述的一種雲計算環境下虛擬主機的高並發高可靠的負載均衡軟體 架構，其特徵在於，採用高並發組件實現請求分發。
【文檔編號】G06F9/455GK104111874SQ201410049954
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年2月13日 優先權日:2014年2月13日
【發明者】王茜, 李安穎, 梁小江, 魏巍, 朱志祥 申請人:西安未來國際信息股份有限公司, 西安郵電大學