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CN113645324A - 一种基于队列的ip分配方法及系统 - Google Patents

一种基于队列的ip分配方法及系统 Download PDF

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CN113645324A CN202110889388.5A CN202110889388A CN113645324A CN 113645324 A CN113645324 A CN 113645324A CN 202110889388 A CN202110889388 A CN 202110889388A CN 113645324 A CN113645324 A CN 113645324A
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Abstract

本发明公开一种基于队列的IP分配方法及系统，所述方法包括：获取集群启动过程中所有空闲的IP地址；根据每个IP地址的历史使用情况数据计算每个IP地址的筛选优先级；根据每个IP地址的筛选优先级将所有可用的IP地址以队列的方式存储，维护一个IP地址队列；根据IP地址队列进行IP筛选和分配。本发明基于IP地址的筛选优先级维护一个IP地址队列，按照先进先出的原则将来获取和释放IP地址，提高IP地址的绑定和使用的时效性，提高资源使用效率。

Description

一种基于队列的IP分配方法及系统
技术领域
本发明属于计算机集群IP分配技术，具体涉及一种基于队列的IP分配方法及系统。
背景技术
在大数据批量启动集群的过程中，往往需要使用大量的内网的IP地址，这些IP地址供教学过程使用，过去的做法是在可用的IP段中进行随机的选取，再进行IP地址的绑定。
而在实际使用过程中，由于硬件原因或者释放延迟等问题，有可能存在选中一个正在使用的IP，导致出现抢夺IP地质资源或IP地址的绑定无法成功的情况；IP随机选取也可能导致有不少的IP长期无法被选中，导致IP资源的浪费，不能提高资源的使用效率。教学过程中同时在线的学生众多，往往需要大批量、快速启动集群，因此集群需要符合快速响应需求，因此绑定IP时也需要考虑IP的可用性和时效性。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种基于队列的IP分配方法及系统，用于解决大数据批量启动集群的过程中无法有效筛选和分配IP导致资源浪费的问题。
本发明第一方面，公开一种基于队列的IP分配方法，所述方法包括：
获取集群启动过程中所有空闲的IP地址；
根据每个IP地址的历史使用情况数据计算每个IP地址的筛选优先级；
根据每个IP地址的筛选优先级将所有可用的IP地址以队列的方式存储，维护一个IP地址队列；
根据IP地址队列进行IP筛选和分配。
优选的，所述每个IP地址的历史使用情况数据包括：
每个IP地址在最近的一个时间段内的使用次数、闲置时长、请求失败率和平均响应时间。
优选的，所述根据每个IP地址的历史使用情况数据计算每个IP地址的筛选优先级具体包括：
将所有空闲的IP地址按照闲置时长从长到短排列组成一个初始队列并顺序编号；
根据每个IP地址的闲置时长和平均响应时间计算对应IP地址的初始优先级；
根据每个IP地址在最近的一个时间段内的访问成功率评估对应IP地址的可用性；
根据每个IP地址的初始优先级、IP地址的可用性生成对应IP地址的最终优先级，将所述最终优先级作为IP地址的筛选优先级。
优选的，所述根据每个IP地址的闲置时长和平均响应时间计算初始优先级具体为：
设第i个IP地址在最近的一个时间段内的闲置时长为ti，绑定IP地址的平均响应时间为Ti，计算初始优先级的公式为：
Figure BDA0003195372980000021
pi为第i个IP地址对应的优先级，i＝1,2，…，N，N为初始队列长度。
优选的，所述根据每个IP地址的初始优先级、IP地址的可用性生成最终优先级具体包括：
根据第i个IP地址在最近的一个时间段内的使用次数mi、请求失败次数ni计算访问成功率
Figure BDA0003195372980000022
根据每个IP地址的初始优先级、IP地址的可用性生成最终优先级的公式为：
Figure BDA0003195372980000031
其中，T为N个IP地址绑定的平均响应时间的均值，α0为预设阈值。
优选的，所述根据每个IP地址的优先级将所有可用的IP地址以队列的方式存储，维护一个IP地址队列具体包括：
按照IP地址的优先级调整初始队列，形成一个新的IP地址队列，在新的IP地址队列中，IP地址按照优先级从高到低的顺序排队，优先级最高的在队首，优先级最低的在队尾；
若队列中存在多个相同优先级，将多个相同优先级的IP地址按照闲置时长从长到短排列。
优选的，所述当有新的IP地址释放时，计算新释放的IP地址的优先级，并根据优先级大小将新释放的IP地址插入IP地址队列；
当集群请求使用IP地址时，每次均从IP地址队列的头部获取IP地址并分配。
本发明第二方面，公开一种基于队列的IP分配方法及系统，所述系统包括：
数据获取模块：用于获取集群启动过程中所有空闲的IP地址；
优先级计算模块：用于根据每个IP地址的历史使用情况数据计算每个IP地址的优先级；
队列维护模块：用于根据每个IP地址的优先级将所有可用的IP地址以队列的方式存储，维护一个IP地址队列；
IP筛选模块：用于根据IP地址队列进行IP筛选和分配。
本发明第三方面，公开一种电子设备，包括：至少一个处理器、至少一个存储器、通信接口和总线；
其中，所述处理器、存储器、通信接口通过所述总线完成相互间的通信；
所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令，以实现如本发明第一方面所述的方法。
本发明第四方面，公开一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机实现如本发明第一方面所述的方法。
本发明相对于现有技术具有以下有益效果：
1)根据每个IP地址的历史使用情况数据计算每个IP地址的筛选优先级；充分考虑了使用次数、闲置时长、请求失败率和响应时间的影响，优先筛选贤闲置时间长、使用次数少、请求失败率低且响应时间短的IP地址，一方面最大程度保障资源均衡，另一方面有效筛选符合集群快速响应需求的IP地址，提高IP地址的绑定和使用的时效性；
2)根据每个IP地址的筛选优先级将所有可用的IP地址以队列的方式存储，维护一个IP地址队列，按照先进先出的原则将来获取和释放IP地址，从头部获取IP能够保证每个IP都预留了一定时间的时间差，保证IP在不会因为延迟等原因使用异常，使用队列先进先出的方式来筛选IP能够保证所有的IP地址能够被轮询到，从而保证值最大的资源使用效率，且通过第一个IP被释放到下一次被使用在队列中滞留的时间来提高系统的一些容错性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明基于队列的IP分配方法流程图；
图2为本发明计算每个IP地址的筛选优先级的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
计算机实训教学、网络在线教学中同时上课的学生众多，需要大批量启动集群，每台计算机都要快速绑定一个内网IP，采用随机筛选IP或轮询的方式，效率低下且筛选出的IP地址可能无法满足资源均衡和快速响应的教学需求。本发明针对线上线下互联网教学时大批量启动集群的场景下如何从IP池中选择合适的IP地址供其他的机器使用的问题，提出了基于队列和优先级的IP地址筛选分配方法。
请参阅图1，本发明提出一种基于队列的IP分配方法，所述方法包括：
S1、获取集群启动过程中所有空闲的IP地址；
具体的，集群启动之前或集群启动过程中先从IP池中获取内网中所有空闲IP地址，并统计每个IP地址的历史使用情况数据。
S2、根据每个IP地址的历史使用情况数据计算每个IP地址的筛选优先级；
每个IP地址的历史使用情况数据包括但不限于每个IP地址在最近的一个时间段内的使用次数、闲置时长、请求失败率和平均响应时间，
请参阅图2，步骤S2具体包括如下分步骤：
S21、将所有空闲的IP地址按照闲置时长ti从长到短排列组成一个初始队列并顺序编号；
各个IP地址的闲置时长是表现IP资源均衡使用与否的直观因素，需要大批量启动集群供教学使用的背景下，大量IP地址闲置时间过长会造成极大资源浪费。本发明将IP地址闲置时长作为IP地址筛选的基本原则，按照闲置时长从长到短组成一个初始队列，将闲置时间最长的排在队首。在初始队列的基础上本发明进一步结合绑定IP地址的响应时间、访问成功率来评定队列中元素的优先级，基于优先级调整初始队列，进而实现IP地址筛选和分配。
S22、根据每个IP地址的闲置时长和平均响应时间计算对应IP地址的初始优先级；
设第i个IP地址在最近的一个时间段内的闲置时长为ti，绑定IP地址的平均响应时间为Ti，计算初始优先级的公式为：
Figure BDA0003195372980000061
pi为第i个IP地址对应的优先级，i＝1,2，…，N，N为初始队列长度，ω1、ω2均为权重系数，ω1+ω2＝1，为保证闲置时间长的IP地址优先分配的基本原则，本实施例中设置ω1>ω2。
本发明根据IP地址闲置时长、平均响应时间来计算各个IP地址的初始优先级，其一方面保证闲置时间长的IP地址优先分配，另一方面考虑了绑定IP地址的相应时间，若绑定IP的响应时间过长必然会影响网络连接效率，因此让闲置时间长、响应速度快的IP地址优先分配，在一定程度上保障了教学进度。
S23、根据每个IP地址在最近的一个时间段内的访问成功率评估对应IP地址的可用性；
根据第i个IP地址在最近的一个时间段内的使用次数mi、请求失败次数ni计算访问成功率
Figure BDA0003195372980000062
通过访问成功率评价该IP地址的可用性，访问成功率越高，可用性越好，则其被优先选中的概率越大。
S24、根据每个IP地址的初始优先级、IP地址的可用性生成对应IP地址的最终优先级，将所述最终优先级作为IP地址的筛选优先级。
根据每个IP地址的初始优先级、IP地址的可用性生成最终优先级的公式为：
Figure BDA0003195372980000063
其中，T为N个IP地址绑定的平均响应时间的均值，α0为预设的访问成功率阈值。
本发明通过IP地址的可用性进一步优化初始优先级，预设一个访问成功率阈值，当某个IP地址的访问成功率大于等于该预设阈值，表示其可用性较高，因此结合该IP地址的响应时间在初始优先级的基础上计算最终优先级，在该IP地址的可用性较高的前提下，平均响应时间越短的，最终优先级越高，优先分配。否则，若可用性较小，则根据其访问成功率调整优先级，降低其优先级。最终实现优先筛选贤闲置时间长、使用次数少、请求失败率低且响应时间短的IP地址，可有效筛选符合集群快速响应需求的IP地址，提高IP地址的绑定和使用的时效性，并最大程度保障资源分配均衡。
S3、根据每个IP地址的筛选优先级将所有可用的IP地址以队列的方式存储，维护一个IP地址队列；
具体的，按照IP地址的优先级调整初始队列，形成一个新的IP地址队列，在新的IP地址队列中，IP地址按照优先级从高到低的顺序排队，优先级最高的在队首，优先级最低的在队尾；
若队列中存在多个相同优先级，将多个相同优先级的IP地址按照闲置时长从长到短排列。
本发明通过统计每个IP地址的历史使用情况数据并更新筛选优先级，结合一个IP地址队列动态调整IP地址的优先级，使优先级较高的IP地址优先分配。
S4、根据IP地址队列进行IP筛选和分配。
当有新的IP地址释放时，计算新释放的IP地址的优先级，并根据优先级大小将新释放的IP地址插入IP地址队列；
当集群请求使用IP地址时，每次均从IP地址队列的头部获取IP地址并分配。
本发明基于IP地址的筛选优先级维护一个IP地址队列，按照先进先出的原则将来获取和释放IP地址，从头部获取IP能够保证每个IP都预留了一定时间的时间差，保证IP在不会因为延迟等原因使用异常，使用队列先进先出的方式来筛选IP能够保证所有的IP地址能够被轮询到，从而保证值最大的资源使用效率，且通过第一个IP被释放到下一次被使用在队列中滞留的时间来提高系统的一些容错性。
与上述方法实施例相对应，本发明还公开一种基于队列的IP筛选系统，所述系统包括：
数据获取模块：用于获取集群启动过程中所有空闲的IP地址；
优先级计算模块：用于根据每个IP地址的历史使用情况数据计算每个IP地址的优先级；
队列维护模块：用于根据每个IP地址的优先级将所有可用的IP地址以队列的方式存储，维护一个IP地址队列；
IP筛选模块：用于根据IP地址队列进行IP筛选和分配。
本发明还公开一种电子设备，包括：至少一个处理器、至少一个存储器、通信接口和总线；其中，所述处理器、存储器、通信接口通过所述总线完成相互间的通信；所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令，以实现本发明前述的方法。
本发明还公开一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机实现本发明实施例所述方法的全部或部分步骤。所述存储介质包括：U盘、移动硬盘、只议存储器ROM、随机存取存储器RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以分布到多个网络单元上。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于队列的IP分配方法，其特征在于，所述方法包括：
获取集群启动过程中所有空闲的IP地址；
根据每个IP地址的历史使用情况数据计算每个IP地址的筛选优先级；
根据每个IP地址的筛选优先级将所有可用的IP地址以队列的方式存储，维护一个IP地址队列；
根据IP地址队列进行IP筛选和分配。
2.根据权利要求1所述基于队列的IP分配方法，其特征在于，所述每个IP地址的历史使用情况数据包括：
每个IP地址在最近的一个时间段内的使用次数、闲置时长、请求失败率和平均响应时间。
3.根据权利要求2所述基于队列的IP分配方法，其特征在于，所述根据每个IP地址的历史使用情况数据计算每个IP地址的筛选优先级具体包括：
将所有空闲的IP地址按照闲置时长从长到短排列组成一个初始队列并顺序编号；
根据每个IP地址的闲置时长和平均响应时间计算对应IP地址的初始优先级；
根据每个IP地址在最近的一个时间段内的访问成功率评估对应IP地址的可用性；
根据每个IP地址的初始优先级、IP地址的可用性生成对应IP地址的最终优先级，将所述最终优先级作为IP地址的筛选优先级。
4.根据权利要求3所述基于队列的IP分配方法，其特征在于，所述根据每个IP地址的闲置时长和平均响应时间计算初始优先级具体为：
设第i个IP地址在最近的一个时间段内的闲置时长为ti，绑定IP地址的平均响应时间为Ti，计算初始优先级的公式为：
Figure FDA0003195372970000011
pi为第i个IP地址对应的优先级，i＝1,2，…，N，N为初始队列长度，ω1、ω2均为权重系数。
5.根据权利要求4所述基于队列的IP分配方法，其特征在于，所述根据每个IP地址的初始优先级、IP地址的可用性生成最终优先级具体包括：
根据第i个IP地址在最近的一个时间段内的使用次数mi、请求失败次数ni计算访问成功率
Figure FDA0003195372970000021
根据每个IP地址的初始优先级、IP地址的可用性生成最终优先级的公式为：
Figure FDA0003195372970000022
其中，T为N个IP地址绑定的平均响应时间的均值，α0为预设阈值。
6.根据权利要求3所述基于队列的IP分配方法，其特征在于，所述根据每个IP地址的优先级将所有可用的IP地址以队列的方式存储，维护一个IP地址队列具体包括：
按照IP地址的优先级调整初始队列，形成一个新的IP地址队列，在新的IP地址队列中，IP地址按照优先级从高到低的顺序排队，优先级最高的在队首，优先级最低的在队尾；
若队列中存在多个相同优先级，将多个相同优先级的IP地址按照闲置时长从长到短排列。
7.根据权利要求1所述基于队列的IP分配方法，其特征在于，所述根据IP地址队列进行IP筛选和分配具体包括：
当有新的IP地址释放时，计算新释放的IP地址的优先级，并根据优先级大小将新释放的IP地址插入IP地址队列；
当集群请求使用IP地址时，每次均从IP地址队列的头部获取IP地址并分配。
8.一种基于队列的IP筛选系统，其特征在于，所述系统包括：
数据获取模块：用于获取集群启动过程中所有空闲的IP地址；
优先级计算模块：用于根据每个IP地址的历史使用情况数据计算每个IP地址的优先级；
队列维护模块：用于根据每个IP地址的优先级将所有可用的IP地址以队列的方式存储，维护一个IP地址队列；
IP筛选模块：用于根据IP地址队列进行IP筛选和分配。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：至少一个处理器、至少一个存储器、通信接口和总线；
其中，所述处理器、存储器、通信接口通过所述总线完成相互间的通信；
所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令，以实现如权利要求1～7任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机实现如权利要求1～7任一项所述的方法。
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Address after: Room 01, 2 / F, building A14, phase 1.1, Wuhan National Geospatial Information Industrialization Base (New Area), no.6, Beidou Road, Donghu New Technology Development Zone, Wuhan City, Hubei Province, 430000

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Address before: Room 01, 2 / F, building A14, phase 1.1, Wuhan National Geospatial Information Industrialization Base (New Area), no.6, Beidou Road, Donghu New Technology Development Zone, Wuhan City, Hubei Province, 430000

Applicant before: HUBEI MEIHE YISI EDUCATION TECHNOLOGY Co.,Ltd.

GR01 Patent grant
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