CN105025095B - 实现云计算弹性服务的集群架构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现云计算弹性服务的集群架构，包括：服务注册系统、配置中心、负载均衡器及管理系统；其中，服务注册系统用于注册服务信息；配置中心采集所述服务信息及资源，并存储；并通过监控服务的运行状态和期望状态进行动态更新；管理系统从配置中心获取所述服务信息及资源，建立资源—服务数据表，并定期从配置中心获取当前服务运行的情况；负载均衡器根据所述资源—服务数据表，实现对服务的负载均衡。通过上述方式，本发明能够整合不同功能的组件，实现服务发现、资源最优化利用，以及对服务的负载均衡。

Description

实现云计算弹性服务的集群架构

技术领域

本发明涉及云计算技术领域，尤其是涉及一种实现云计算弹性服务的集群架构。

背景技术

服务器集群就是指将很多服务器集中起来一起进行同一种服务，在客户端看来就像是只有一个服务器。集群可以利用多个计算机进行并行计算从而获得很高的计算速度，也可以用多个计算机做备份，从而使得任何一个机器坏了整个系统还是能正常运行。

为满足服务器资源的管理产生了诸多云计算平台类软件，但这些软件多数专注于解决一部分的问题，鲜有对整个集群系统运维的整体把握提出标准，使得云计算集群的部署复杂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：整合不同组件，最大化利用各大功能组件特点，实现资源整合，方便集群管理。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：提供一种实现云计算弹性服务的集群架构，包括：服务注册系统、配置中心、负载均衡器及管理系统；其中，

服务注册系统用于注册服务信息；

配置中心采集所述服务信息及资源，并存储；并通过监控服务的运行状态和期望状态进行动态更新；

管理系统从配置中心获取所述服务信息及资源，建立资源—服务数据表，并定期从配置中心获取当前服务运行的情况；

负载均衡器根据所述资源—服务数据表，通过预定的方式，实现对服务的负载均衡。

本发明的有益效果在于：区别于现有技术，本发明通过整合不同功能的组件，实现服务发现、资源最优化利用，并可实现动态监控，以及实现对服务的动态负载均衡。

附图说明

图1为本发明系统实施例一的结构框图；

图2为本发明系统实施例二的结构框图；

图3为本发明具体实施例的实现架构图之一。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

请参照图1，本发明实施例一提供一种实现云计算弹性服务的集群架构100，包括：服务注册系统110、配置中心120、负载均衡器130及管理系统140；其中，

服务注册系统110用于注册服务信息；

配置中心120采集所述服务信息及资源，并存储；并通过监控服务的运行状态和期望状态进行动态更新；

管理系统140从配置中心120获取所述服务信息及资源，建立资源—服务数据表，并定期从服务注册系统110获取当前服务运行的情况；

负载均衡器130根据所述资源—服务数据表，通过预定的方式，如DNS方式，实现对服务的负载均衡。

区别于现有技术，本发明实施例一通过整合不同功能的组件，实现服务发现、资源最优化利用，并可实现动态监控，以及对服务的动态负载均衡。

具体地，本发明实施例二中的集群架构还包括：运维系统150；其中，所述配置中心120通过管理系统140定期收集所述服务信息，并调用运维系统150的API实现服务节点的增加、删除及停止操作。

其中，所述服务注册系统110、配置中心120、负载均衡器130、管理系统140及运维系统150通过标准的HTTP API实现组合，所述集群架构为松耦合架构。

其中，所述配置中心120为关系型数据库及其集群、分布式缓存系统及分布式NoSQL数据库中的其中一种。

其中，所述服务信息为计算资源信息，包括计算资源IP、端口、优先级、权重、域名、健康检测方式。

其中，所述服务注册系统110。

在服务开始执行时，调用服务注册系统注册服务状态；

在服务执行过程中，动态更新运行参数；

在服务执行结束后，注销服务。

其中，其中服务注册系统110定期在配置中心注册服务信息，并在完成服务信息的注册后，通过预定的方式将服务地址提供给客户端程序。

其中，所述负载均衡器130，通过服务注册系统110预先分配的服务的权重和优先级，通过DNS的方式，对服务的域名进行动态发布，实现服务调用的负载均衡。

其中，根据所述资源—服务数据表，所述管理系统140对比当前服务运行情况和理想状态，并分析服务运行状态，发现不可服务的资源，并调用运维系统150启动新的资源，替代不可服务的资源。

其中，根据所述资源—服务数据表，所述管理系统140对其提供服务的能力进行评估，部署新的服务资源，和/或回收服务资源。

在一个具体的实施例中，本发明基于面向服务框架(SOA)的理念，其中，SOA可以根据需求通过网络对松散耦合的粗粒度应用组件进行分布式部署、组合和使用。服务层是SOA的基础，可以直接被应用调用，从而有效控制系统中与软件代理交互的人为依赖性。

SOA是一种粗粒度、松耦合服务架构，服务之间通过简单、精确定义接口进行通讯，不涉及底层编程接口和通讯模型。SOA可以看作是B/S模型、XML(标准通用标记语言的子集)/Web Service技术之后的自然延伸。

SOA将能够帮助软件工程师们站在一个新的高度理解企业级架构中的各种组件的开发、部署形式，它将帮助企业系统架构者以更迅速、更可靠、更具重用性架构整个业务系统。较之以往，以SOA架构的系统能够更加从容地面对业务的急剧变化。

本发明实施例通过整合管理下述功能系统：

如服务注册代理、配置中心、负载均衡器、集群管理系统、集群运维系统等，可实现一套高可用、动态弹性、运维友好的云计算弹性服务集群架构。通过单一的数据中心(即配置中心)存储服务信息，通过集群管理系统定期收集数据，对比服务的运行状态和期望状态做出决策，通过调用运维系统API实现服务节点的增加、删除和停止等操作，以此实现服务发现，负载均衡、故障修复，使得集群高可用，即提供弹性伸缩高可用的服务。

应当理解的是，本发明实施例中集群管理系统属于管理系统，管理系统可以有许多不同的功能，但每个功能可能由单独的程序去完成，但都将其归于管理系统，方便抽象表述。管理系统和负载均衡是分开的，虽然负载均衡也属于一种管理，但它的功能比较明确，而且运行状态也是实时的，而管理系统可以周期性的执行。而弹性伸缩依赖于管理系统对集群状态的检查和恢复。

优选地，本发明所述的集群架构为负载均衡架构，对于该架构中的任意部分组件，均可使用相似功能的组件通过实现对应的功能接口后达到兼容该架构的效果，功能组件之间是松耦合的。

负载均衡(Load Balance)是建立在现有网络结构之上，它提供了一种廉价有效透明的方法扩展网络设备和服务器的带宽、增加吞吐量、加强网络数据处理能力、提高网络的灵活性和可用性。负载均衡是由多台服务器以对称的方式组成一个服务器集合，每台服务器都具有等价的地位，都可以单独对外提供服务而无须其他服务器的辅助。通过某种负载分担技术，将外部发送来的请求均匀分配到对称结构中的某一台服务器上，而接收到请求的服务器独立地回应客户的请求。均衡负载能够平均分配客户请求到服务器列阵，籍此提供快速获取重要数据，解决大量并发访问服务问题。这种群集技术可以用最少的投资获得接近于大型主机的性能。简而言之，就是分摊到多个操作单元上进行执行，例如Web服务器、FTP服务器、企业关键应用服务器和其它关键任务服务器等，从而共同完成工作任务。

本发明的集群架构同时具有高可用性。高可用集群是以减少服务中断时间为目的的服务器集群技术。它通过保护用户的业务程序对外不间断提供的服务，把因软件/硬件/人为造成的故障对业务的影响降低到最小程度。

高可用性集群中的节点一般是一主一备，或者一主多备，通过备份提高整个系统可用性。

负载均衡集群一般是多主，每个节点都分担流量。因此本发明实施例中的集群架构为多主多备，如图3所示。图3为集群架构的一种实现方式示意图，为使用DNS服务作为负载均衡模块的集群架构；应当理解的是，此图的负载均衡器强调的是工具层面，用于分离流量的软件，如Ngnix、HAProxy等。而不是功能层面的负载均衡器。

高可用集群(High Availability Cluster，简称HA Cluster)，简单的说，集群(cluster)就是一组计算机，它们作为一个整体向用户提供一组网络资源。这些单个的计算机系统就是集群的节点(node)。高可用性集群(HA cluster)是指如单系统一样地运行并支持(计算机)持续正常运行的一个主机群。

同时，本发明实施例的服务注册系统采用分治注册方式、并统一管理、集中调度，可实现高可用、动态弹性、运维友好。

为实现服务集群的动态管理，本发明的实现通过使用一系列具有特定功能的组件，由这些组件组成的一套提供弹性服务的计算集群，并通过实现标准的HTTP API实现各个组件灵活组合，摆脱对具体组件的依赖，极大增强了该方案的可扩展性(即松耦合架构)。

具体地，本发明实施例中的集群架构包括以下几大功能：服务注册、服务发现、负载均衡、弹性伸缩、服务资源管理等部分。如图3所示，现根据该架构自底向上介绍每个层次组件的实现以及它同其他组件的相互关联的方式。

对于云计算数据中心，核心资源是服务器的计算能力，计算能力抽象成数字就是CPU的核心数、内存大小、磁盘大小等。当需要对资源进行统一管理时，而资源需要运行在操作系统之上，在现有技术中，有以下几种实现方式：直接在操作系统上运行的进程、在操作系统上运行虚拟机，每个单独的虚拟机上运行若干进程、容器技术，如Docker，或者其他容器技术。对于这三种形式，可选择其中一种作为资源管理的粒度，同时对其暴露出来的运维系统的API进行改造以满足管理系统对资源的管理，如对于直接在操作系统上运行的进程的管理，可以使用SaltStack的API，进行进程的分发、部署、执行和停止等操作。然后将SaltStack的这些API交给管理系统统一调度。如采用其他资源管理的形式，若能实现应用的分发、部署、执行和停止操作的API，就可以无缝的纳入整个架构中。

本发明的配置中心采集服务的运行状况信息和资源列表信息，配置中心可以采用关系型数据库及其集群、分布式缓存系统、分布式NoSQL数据库。

定义好需要纳入配置中心的资源信息，如资源IP、端口、优先级、权重、域名、健康检测方式等，其中，优先级和权重是在服务注册的时候，可通过用户定义或者通过一定的公式得到。如果是服务自身可实现的或者可以改造的服务，可以使用配置中心的API函数，在服务开始执行的时候注册服务状态、运行结束的时候注销服务、执行过程中动态更新运行参数；对于无法修改源码及其他不便于使用配置中心API的服务，可以通过实现的服务注册系统完成以上的服务注册行为，由服务注册系统负责监控服务运行状态、定期在配置中心注册服务信息、并在完成服务信息的注册后，通过一定方式将服务地址提供给客户端程序。服务的注册过程就是通过配置中心的API往配置中心写入服务运行状态的过程。

完成服务注册后，服务调用者可以通过一定的方式获取服务的信息，实现服务调用者对服务提供者的发现。其中，服务调用者即使用服务的客户端程序，是集群服务的使用方，使用集群提供的服务；服务提供者是集群中各个设备上运行的程序实例，对外提供服务。此处可实现服务的负载均衡，另负载均衡需要一个单独的负载均衡层，可以实现DNS协议的服务或者其他形式的负载机制，但本质上，负载均衡层的数据都来源于配置中心记录的服务状态。由于一个服务可以由多个计算资源提供，一个服务器可以部署多个相同服务，每个服务器的性能和能力都不尽相同，通过配置权重和优先级，在DNS端设置加权轮询和调整服务优先级就可以实现对服务进行动态分配。

由于每个应用需要分配不同的服务，每个开发者可能同时管理不同的应用，服务管理系统管理着一张资源理想状态的数据表，该表记录了用户-应用-资源的对应情况，服务管理程序，定期从配置中心获取当前运行的服务情况，通过对比当前实际运行情况和理想状态，分析服务运行状态，发现哪些资源无法服务，对于无法服务的通过调用运维系统API启动新的资源，替代不可服务的资源；也可以对其提供服务的能力进行评估，对于负载压力大的服务，部署新的服务资源，提升能力；对于负载较小的服务，回收服务资源，节约计算资源(此过程可以调用专门的集群管理系统通过开启和关闭特定服务器上的程序来增加和回收计算资源)。

资源主要指的是计算机的一些系统参数，是计算能力的抽象表达。但在高一点的系统层面，资源也可能指占用系统资源的运行中的程序。计算资源可以是一台物理主机、虚拟机或者容器。在计算资源部署服务注册代理，负责监控服务运行状态、暴露服务的地址、定期在配置中心注册服务信息。或者在提供服务的程序代码中，使用注册服务的API主动注册服务，并在服务负载压力大或者下线时，从配置中心修改服务信息。

服务主要是指计算资源的运行层面，表示为为其他程序提供输入-输出反馈的计算机运行中的程序。

通过采集配置中心的数据，获取整个集群的运行情况，方便对集群进行服务监控，将应用所对应的服务信息在门户上展示，方便开发者了解其服务运行状态。

综上所述，本发明提供的集群架构，通过整合上述5个组件，注册服务，并通过负载均衡器在多个服务器之间实现服务，同时管理系统和运维系统通过对配置中心中的服务状态及服务信息，选择性地执行服务节点的增加、删除及停止操作，以确保服务的负载均衡。同时组件之间的组合为松耦合的，可在实际中，通过更换相似功能的组件实现集群架构的作用，因此具备高可用性，同时弹性伸缩大，适用于处理大量信息的企业或其他相关服务的行业，并且在整合上述5个组件后，可实现服务发现、资源最优化利用，并可实现动态监控，以及对服务的动态负载均衡。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种实现云计算弹性服务的集群架构，其特征在于，包括：服务注册系统、配置中心、负载均衡器及管理系统；其中，

服务注册系统用于注册服务信息；

配置中心采集所述服务信息及资源，并存储；并通过监控服务的运行状态和期望状态进行动态更新；

管理系统从配置中心获取所述服务信息及资源，建立资源—服务数据表，并定期从服务注册系统获取当前服务运行的情况；

负载均衡器根据所述资源—服务数据表，实现对服务的负载均衡；

所述服务信息包括资源IP、端口、优先级、权重、域名、健康检测方式；

所述负载均衡器通过服务注册系统预先分配的服务的权重和优先级，通过DNS的方式，对服务的域名进行动态发布，实现服务调用的负载均衡；

还包括：运维系统；

其中，所述管理系统通过配置中心定期收集所述服务信息，并调用运维系统API实现服务节点的增加、删除及停止操作；

根据所述资源—服务数据表，所述管理系统对其提供服务的能力进行评估，部署新的服务资源，和/或回收服务资源；

根据所述资源—服务数据表，所述管理系统对比当前服务运行情况和理想状态，并分析服务运行状态，发现不可服务的资源，并调用运维系统启动新的资源，替代不可服务的资源。

2.根据权利要求1所述的实现云计算弹性服务的集群架构，其特征在于，所述服务注册系统、配置中心、负载均衡器、管理系统及运维系统通过标准的HTTP API实现组合，所述集群架构为松耦合架构。

3.根据权利要求1所述的实现云计算弹性服务的集群架构，其特征在于，所述配置中心为关系型数据库及其集群、分布式缓存系统或分布式NoSQL数据库。

4.根据权利要求1所述的实现云计算弹性服务的集群架构，其特征在于，所述服务注册系统，

在服务开始执行时，调用服务注册系统注册服务状态；

在服务执行过程中，动态更新运行参数；

在服务执行结束后，注销服务。

5.根据权利要求1所述的实现云计算弹性服务的集群架构，其特征在于，其中服务注册系统定期在配置中心注册服务信息，并在完成服务信息的注册后，通过预定的方式将服务地址提供给客户端程序。