一种云计算环境中虚拟主机的高并发高可靠负载均衡软件架构设计的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种软件架构设计方法，具体是一种云计算环境下虚拟主机的高并发高可靠的负载均衡软件架构设计。一种云计算环境下虚拟主机的高并发高可靠的负载均衡软件的技术方案是通过高并发组件、负载均衡组件、健康检查组件、云分配调度管理组件等实现应用的高并发、高可靠，同时可满足随着应用业务量周期性变化，实现虚拟机的弹性缩放，增加或降低虚拟机吞吐量、数据处理能力、提升虚拟机灵活性和可用性。
【专利说明】一种云计算环境中虚拟主机的高并发高可靠负载均衡软件 架构设计
[0001]
【技术领域】 本发明涉及一种软件架构设计方法，具体是一种云计算环境下虚拟主机的高并发高可 靠的负载均衡软件架构设计。
【背景技术】
[0002] 随着云计算技术的发展，使用虚拟机来承载业务应用，提升硬件服务器的效率，节 约能源，降低经济成本和空间浪费，成为今后发展一大趋势。
[0003] 虚拟机与真实物理服务器一样，拥有CPU、内存、磁盘空间等资源，随着业务量的提 高，访问量和数据流量的周期性(每日8点-18点)快速增长，虚拟机的处理能力和计算强度 也相应地增大，使得单一虚拟机根本无法承担。在此情况下，如果对现有虚拟机在线扩容， 可满足一定要求。然而随着业务量周期性降低就造成现有资源的浪费，同时，并不能保证虚 拟机稳定可靠，避免单点故障造成虚拟机上的业务不能正常运转。因此，为保障虚拟机高可 靠以及周期性高并发弹性的需求，迫切需要一种廉价有效透明的方法动态扩展虚拟机以及 增加虚拟机吞吐量、数据处理能力、提升虚拟机灵活性和可用性。
[0004] 此时，迫切需求一种云计算环境下虚拟主机的高并发高可靠的负载均衡软件，来 确保虚拟机的高并发与高可靠。最终满足虚拟机对上层应用支撑，成为业界关注的问题。
【发明内容】
[0005] 为了保障虚拟机的高可靠与高并发以及可用性，本发明提出了一种云计算环境下 虚拟主机的高并发高可靠的负载均衡软件架构设计，能够充分利用云计算平台的优势，提 升虚拟主机处理能力与可靠性，有利于云计算推广与应用。
[0006] 为达到上述目的，本发明所设计的一种云计算环境下虚拟主机的高并发高可靠的 负载均衡软件架构，包括如下四大组件：并发处理组件、负载均衡组件、云分配调度管理组 件、健康检查组件 进一步，所述的并发处理组件是基于集群技术和Linux操作系统设计的一种高性能、 高可用的服务器，它具有很好的可伸缩性、可靠性和可管理性。并发处理器组件工作在网络 4层，抗负载能力强、仅作请求分发之用，自身采用双机热备方案，避免并发处理器单点故 障； 进一步，所述的负载均衡组件是一种基于事件驱动，单一进程模型，避免多进程或多 线程模型受内存限制、系统调度器限制以及无处不在的锁限制，此模型支持非常大的并发 连接数TCP和HTTP应用的代理，使每个CPU时间片（Cycle)做更多的工作，并支持虚拟主 机。
[0007] 进一步，所述的云分配调度管理组件根据健康管理组件信息，在云资源池中根据 一定策略自动创建虚拟主机和关闭虚拟主机。并将创建好的虚拟主机真实IP分配给负载 均衡组件或退出负载均衡组件，同时，通过云分配调度管理组件可以查看虚拟主机集群情 况。
[0008] 进一步，所述的健康检查组件可以按照指定规则对虚拟主机进行健康和可用性检 查，自动隔离异常状态虚拟主机和多余虚拟机，从而解决单台虚拟主机在处理性能，扩展 性，稳定性，以及冗余等方面的问题。一旦发现健康问题，调度云分配调度管理组件增加将 服务切换，确保服务可用性。
[0009] 本发明构造一种云计算环境下虚拟主机的高并发高可靠的负载均衡软件，将云虚 拟主机池、并发组件、负载均衡组件、健康检查组件、云分配调度管理组件等软件组件进行 了优化组合，满足云计算环境下，业务应用对虚拟主机高并发、高可靠实施需求。在可用性 和易用性方面比F5更加灵活与实用。
[0010] 通过本发明提出的一种云计算环境下虚拟主机的高并发高可靠的负载均衡软件， 可以满足云环境下高并发、高可靠实施要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0011] 图1是本发明逻辑架构示意图； 图2是本发明直接路由模式示意图； 图3是本发明隧道路由模式示意图。
【具体实施方式】
[0012] 下面参照附图对本发明进行详细说明。以下对本发明的详细说明并不是对本发明 的限制。相反，本发明的范围是由所附权利要求而定的。
[0013] 本发明一种云计算环境下虚拟主机的高并发高可靠的负载均衡软件架构示意图 如图1所示。
[0014] 从底向上依次为： 云主机资源池：计算、存储、网络等物理基础设施资源经虚拟化后形成逻辑资源池，通 过虚拟化管理软件进行重新分配，形成满足业务需要的虚拟主机。云主机资源池是由若干 不同规格虚拟主机组成。
[0015] 健康检查组件：根据度量指标（Metrics)对虚拟机健康状况进行检查，主要度量 指标：系统负载（Load)、内存使用率、CPU使用率、磁盘I/O等，通过对虚拟主机周期性全面 健康评估，给云分配调度管理组件提供决策支持。
[0016] 云分配调度管理组件：根据健康检查组件度量指标结果，访问高峰期时间段内自 动启动虚拟机和访问量降低的时间段内关闭虚拟机。通过云分配管理组件可以设定虚拟机 业务群最大个数与默认个数，监测当前虚拟机业务群，根据需要人为对虚拟机生命周期管 理(启动、停止、创建、销毁、快照)。
[0017] 负载均衡组件：提供高可用性、负载均衡以及基于TCP和HTTP应用的代理，支持从 4层至7层的网络交换，即覆盖所有的TCP协议，支持基于请求URUH0ST头、COOKIE等进行 内容交换，基于动态加权轮循，加权源地址哈希，加权URL哈希和加权参数哈希实现负载均 衡算法。
[0018] 并发处理组件：它是整个虚拟机集群对外面的前端机，负责将客户的请求发送到 一组虚拟机上执行，而客户认为服务是来自同一个IP地址，它基于IP轮询技术，调度器具 有很好的吞吐率，将请求均衡地转移到不同的虚拟机上执行，结合负载均衡技术将一组虚 拟机构成一个高性能的、高可用的虚拟机集群，整个虚拟机集群的结构对用户来讲是透明 的，而且无需修改客户端与服务器端程序，具有较高的透明性、可伸缩性、高可用性和易管 理性。
[0019] 本发明直接路由模式示意图如图2所示。
[0020] 结合图2,进行阐述当集群应用计算机和调度计算机在同一个网段时，可以用直接 路由技术实现虚拟服务器。在这种技术下，调度机和应用服务器都使用同一个IP对外服 务。但只有调度机对ARP请求进行响应，所有应用服务器对自身IP的ARP请求保持静默。 具体实现是网关会把对这个服务IP的请求全部定向给调度机，而调度机收到数据包后根 据调度算法，找出对应的应用服务器，把目的MAC地址改为应用服务器的MAC地址并发给这 台应用服务器。这时应用服务器收到这个数据包相当于直接从客户端收到这个数据包，处 理后直接返回给客户端。由于调度机要对二层包头进行改换，所以调度机和应用服务器之 间必须在一个广播域，或者在同一台交换机上。
[0021] DR模式具体的工作模式是当用户访问业务虚拟IP后，业务虚拟IP把数据包通过 调度机转交给应用服务器，应用服务器在收到数据包后通过网卡别名欺骗(节点的网卡配 置别名，IP为业务虚拟IP)，直接用业务虚拟IP相应客户端，从而加快了回应速度，也避免 了调度机成为地址转换的单点故障.目前主要应用的为DR模式的负载均衡。
[0022] 本发明隧道路由模式示意图如图3所示。
[0023] 结合图3,进行阐述.当集群的节点不在同一个网段时可用的转发机制，也就是用 IP隧道技术实现虚拟服务器。IP隧道技术是将IP包封装在其他网络流量中的方法。为了 安全的考虑，应该使用隧道技术中的VPN，也可使用租用专线。
[0024] TUN模式源于采用NAT技术时，由于请求和响应报文都必须经过调度器地址重写， 当客户请求越来越多时，调度器的处理能力将成为瓶颈。为了解决这个问题，调度器把请求 报文通过IP隧道转发至应用服务器，而应用服务器将响应直接返回给客户，所以调度机只 处理请求报文。由于一般网络服务应答比请求报文大许多，采用VS/TUN技术后，集群系统 的最大吞吐量可以提高10倍。（通过重写ip来实现，应用服务器直接回复客户端。）
【权利要求】
1. 一种云计算环境下虚拟主机的高并发高可靠的负载均衡软件架构设计，其特征在 于，采用并发处理组件、负载均衡组件、云分配调度管理组件、健康检查组件等将云主机机 资源池衔接起来，实现云计算环境下应用的高并发、高可靠与负载均衡。
2. 如权利要求1所述的一种云计算环境下虚拟主机的高并发高可靠的负载均衡软件 架构，其特征在于，采用云分配调度管理组件，根据需要实现虚拟资源的分配与管理。
3. 如权利要求1所述的一种云计算环境下虚拟主机的高并发高可靠的负载均衡软件 架构，其特征在于，采用健康检查组件，定时采集虚拟机的健康度量指标，并实现度量指标 在回环数据库存储。
4. 如权利要求1所述的一种云计算环境下虚拟主机的高并发高可靠的负载均衡软件 架构，其特征在于，采用负载均衡组件，提供4层和7层的负载均衡，无论是Web服务器，还 是中间件服务器，无需更改配置即可透明接入。
5. 如权利要求1所述的一种云计算环境下虚拟主机的高并发高可靠的负载均衡软件 架构，其特征在于，采用高并发组件实现请求分发。
【文档编号】G06F9/455GK104111874SQ201410049954
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年2月13日 优先权日:2014年2月13日
【发明者】王茜, 李安颖, 梁小江, 魏巍, 朱志祥 申请人:西安未来国际信息股份有限公司, 西安邮电大学