CN101605092A - 一种基于内容的负载均衡系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于内容的负载均衡系统。系统包括基于内容的负载均衡、检测后台服务器内容和健康状态、负载均衡自身的高可用及其负载均衡算法，其中，基于内容的负载均衡是指系统工作在OSI互联网七层模型中的第七层，属于对应用层的负载均衡，检测后台服务器内容和健康状态，设置一个系统资源的检测模块，实时检测后台服务器的内容和健康状态；为了避免负载均衡系统的单点故障，负载均衡系统自身采用双机系统配置实现高可用，主用和备用系统之间通过数据同步来保持客户端连接信息的一致，当一个系统处于故障状态时，备用负载均衡系统自动接管服务；本发明的系统解决了传统IP层负载均衡傻瓜化的负载均衡模式，能更更有效的提高负载命中率，它不需要后台服务器保存一样的内容，极大的解决了服务器资源。
Description
技术领域
本发明涉及计算机应用技术领域，具体地说是一种基于内容的负载均衡调度系统。
背景技术
当今计算机技术已进入以网络为中心的计算时期。由于客户/服务器模型的简单性、易管理性和易维护性，客户/服务器计算模式在网上被大量采用。在九十年代末期，万维网(World Wide Web)的出现以其简单操作方式将图文并茂的网上信息带给普通大众，Web也正在从一种内容发送机制成为一种服务平台，大量的服务和应用(如新闻服务、网上银行、电子商务等)都是围绕着Web进行。这促进Ihternet用户剧烈增长和Internet流量爆炸式地增长。Internet的飞速发展给网络带宽和服务器带来巨大的挑战。从网络技术的发展来看，网络带宽的增长远高于处理器速度和内存访问速度的增长，针对高可伸缩、高可用网络服务的需求，目前已经给出了基于IP层和基于内容请求分发的负载平衡调度解决方法，并在Linux内核中实现了这些方法，将一组服务器构成一个实现可伸缩的、高可用网络服务的虚拟服务器。一组服务器通过高速的局域网或者地理分布的广域网相互连接，在它们的前端有一个负载调度器(Load Balancer)。负载调度器能无缝地将网络请求调度到真实服务器上，从而使得服务器集群的结构对客户是透明的，客户访问集群系统提供的网络服务就像访问一台高性能、高可用的服务器一样。客户程序不受服务器集群的影响不需作任何修改。系统的伸缩性通过在服务机群中透明地加入和删除一个节点来达到，通过检测节点或服务进程故障和正确地重置系统达到高可用性。由于我们的负载调度技术是在Linux内核中实现的，我们称之为Linux虚拟服务器。在基于IP负载调度技术中，当一个TCP连接的初始SYN报文到达时，调度器就选择一台服务器，将报文转发给它。此后通过查发报文的IP和TCP报文头地址，保证此连接的后继报文被转发到该服务器。这样，IPVS无法检查到请求的内容再选择服务器，这就要求后端服务器组提供相同的服务，不管请求被发送到哪一台服务器，返回结果都是一样的。但是，在有些应用中后端服务器功能不一，有的提供HTML文档，有的提供图片，有的提供CGI，这就需要基于内容的调度。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于内容的负载均衡系统。
本发明的目的是按以下方式实现的，包括基于内容的负载均衡、检测后台服务器内容和健康状态、负载均衡自身的高可用，其中，
基于内容的负载均衡是指系统工作在OSI互联网七层模型中的第七层，属于对应用层的负载均衡。
检测后台服务器内容和健康状态，设置一个系统资源的检测模块，实时检测后台服务器的内容和健康状态；
为了避免负载均衡系统的单点故障，负载均衡系统自身采用双机系统配置实现高可用，主用和备用系统之间通过数据同步来保持客户端连接信息的一致，当一个系统处于故障状态时，备用负载均衡系统自动接管服务；
在双机系统配置中实现负载均衡系统本身高可用设立调度器的备份，两个心跳进程分别在主从调度器上运行，通过心跳线来相互汇报各自的健康情况，当备份调度器不能侦听到主调度器的心跳时，会自动接管主调度器的工作提供负载调度服务以此实现调度模块的高可用；
负载均衡算法
基于内容的负载均衡系统实现以下7种算法
轮询：顺序循环将请求一次顺序循环地连接每个服务器，当其中某个服务器发生故障，调度器就把其从顺序循环队列中拿出，不参加下一次的轮询，直到其恢复正常；
比率：给每个服务器分配一个加权值为比例，根椐这个比例，把用户的请求分配到每个服务器，当其中某个服务器发生故障，调度器就把其从服务器队列中拿出，不参加下一次的用户请求的分配，直到其恢复正常；
优先权：给所有服务器分组，给每个组定义优先权，调度器按照用户的请求，分配给优先级最高的服务器组，在同一组内，采用轮询或比率算法分配用户的请求，当最高优先级中所有服务器出现故障，调度器将请求送给次优先级的服务器组，实际为用户提供一种热备份的方式；
最小的连接数：传递新的连接给那些进行最少连接处理的服务器，当其中某个服务器发生故障，调度器就把其从服务器队列中拿出，不参加下一次的用户请求的分配，直到其恢复正常；
最快模式：传递连接给那些响应最快的服务器，当其中某个服务器发生故障，调度器就把其从服务器队列中拿出，不参加下一次的用产请求的分配，直到其恢复正常；
观察模式：连接数目和响应时间以这两项的最佳平衡为依据为新的请求选择服务器；当其中某个服务器发生故障，调度系统就把其从服务器队列中拿出，不参加下一次的用户请求的分配，直到其恢复正常；
预测模式：利用收集到的服务器当前的性能指标，进行预测分析，选择一台服务器在下一个时间片内，其性能将达到最佳的服务器相应用户的请求；
会话保持是内容负载均衡中一个特定而重要的概念，一个客户与服务器之间需经过多次交互过程才能完成一笔交易，要求所有这些相关的交互过程都由一台服务器完成，这一系列的相关的交互过程是由客户到服务器的一个连接的多次会话完成，或是在客户与服务器之间的多个不同连接里的多次会话完成，一个客户完成一笔交易需多次点击，而每一个新的点击产生的请求，是一次新建的连接或是重用上一次点击建立起来的连接。
本发明的基于内容的负载均衡系统的目的是用以解决传统IP层负载均衡傻瓜化的负载均衡模式，能更更有效的提高负载命中率。所具有的优异效果是它不需要后台服务器保存一样的内容，极大的解决了服务器资源。本系统具有基于内容的负载均衡、检测后台服务器内容和健康状态、负载均衡自身的高可用等功能。基于内容的负载均衡系统工作在OSI互联网七层模型中的第七层，属于对应用层的负载均衡。它突破了传统第四层IP层的傻瓜式的负载均衡模式，提高了负载命中率，并解决了后台服务器内容不一致的难题，节省了服务器资源。
附图说明
图1整个系统的流程图
图2是系统架构图。
具体实施方式
参照附图对本发明的方法做以下详细的说明。整个系统的流程图如图1所示，系统架构图如图2所示。
检测后台服务器内容和健康状态，设置一个系统资源的检测模块，实时检测后台服务器的内容和健康状态；
为了避免负载均衡系统的单点故障，负载均衡系统自身采用双机系统配置实现高可用，主用和备用系统之间通过数据同步来保持客户端连接信息的一致，当一个系统处于故障状态时，备用负载均衡系统自动接管服务；
用户请求的截获和分析，此工作后台服务器健康状态监控，可以通过下面三项检测来判断
(1)可以通过ping命令，如果在一定时间内ping不通，则判断后台节点失效；
(2)通过判断服务对应的端口是否存活判断服务是否正常；
(3)检查该服务端口能否对应用访问请求作出回应，例如可以检查对http请求或对数据库的查询能否作出回应。
在双机系统配置中实现负载均衡系统本身高可用，避免调度器失效导致整个系统不能工作，设立调度器的备份，两个心跳进程分别在主从调度器上运行，通过心跳线来相互汇报各自的健康情况，当备份调度器不能侦听到主调度器的心跳时，会自动接管主调度器的工作提供负载调度服务以此实现调度模块的高可用；
负载均衡算法
基于内容的负载均衡系统实现以下7种算法
轮询：顺序循环将请求一次顺序循环地连接每个服务器，当其中某个服务器发生故障，调度器就把其从顺序循环队列中拿出，不参加下一次的轮询，直到其恢复正常；
比率：给每个服务器分配一个加权值为比例，根椐这个比例，把用户的请求分配到每个服务器，当其中某个服务器发生故障，调度器就把其从服务器队列中拿出，不参加下一次的用户请求的分配，直到其恢复正常；
优先权：给所有服务器分组，给每个组定义优先权，调度器按照用户的请求，分配给优先级最高的服务器组，在同一组内，采用轮询或比率算法分配用户的请求，当最高优先级中所有服务器出现故障，调度器将请求送给次优先级的服务器组，实际为用户提供一种热备份的方式；
最小的连接数：传递新的连接给那些进行最少连接处理的服务器，当其中某个服务器发生故障，调度器就把其从服务器队列中拿出，不参加下一次的用户请求的分配，直到其恢复正常；
最快模式：传递连接给那些响应最快的服务器，当其中某个服务器发生故障，调度器就把其从服务器队列中拿出，不参加下一次的用户请求的分配，直到其恢复正常；
观察模式：连接数目和响应时间以这两项的最佳平衡为依据为新的请求选择服务器；当其中某个服务器发生故障，调度系统就把其从服务器队列中拿出，不参加下一次的用户请求的分配，直到其恢复正常；
预测模式：利用收集到的服务器当前的性能指标，进行预测分析，选择一台服务器在下一个时间片内，其性能将达到最佳的服务器相应用户的请求；
会话保持是内容负载均衡中一个特定而重要的概念，一个客户与服务器之间需经过多次交互过程才能完成一笔交易，由于这几次交互过程是密切相关的，服务器在进行这些交互过程的某一个交互步骤时，需要了解上一次交互过程的处理结果，这就要求所有这些相关的交互过程都由一台服务器完成，而不能被负载均衡器分散到不同的服务器上，这一系列的相关的交互过程可能是由客户到服务器的一个连接的多次会话完成，或是在客户与服务器之间的多个不同连接里的多次会话完成，不同连接的多次会话，最典型的例子就是基于http的访问，一个客户完成一笔交易可能需多次点击，而每一个新的点击产生的请求，是一次新建的连接
可能会或是重用上一次点击建立起来的连接。
会话保持就是指在负载均衡器上有这么一种机制，可以识别做客户与服务器之间交互过程的关连性，在作负载均衡的同时，还保证一系列相关连的访问请求会保持分配到一台服务器上。我们在这里提出一个新的会话保持方法基于cookie的会话保持。
负载均衡器检查请求是否包含有一个特殊的负载均衡用cookie。如果找不到此cookie，通过一个分布式算法(例如轮询)选择一个服务器，一个负载均衡会话cookie被加入到返回的响应中。当浏览器得到此会话cookie，该cookie就会临时保存中内存里，在浏览器关闭后此cookie将不复存在。在会话中浏览器会把此cookie加入到接下来的所有请求中，然后请求被发送给负载均衡器。通过将相关服务器作为cookie值，负载均衡器那个判断哪个服务器将负责处理(一个浏览器会话中的)请求。
Claims (1)
1、一种基于内容的负载均衡系统，其特征在于，包括基于内容的负载均衡、检测后台服务器内容和健康状态、负载均衡自身的高可用及其负载均衡算法，其中，
基于内容的负载均衡是指系统工作在OSI互联网七层模型中的第七层，属于对应用层的负载均衡，检测后台服务器内容和健康状态，设置一个系统资源的检测模块，实时检测后台服务器的内容和健康状态；
为了避免负载均衡系统的单点故障，负载均衡系统自身采用双机系统配置实现高可用，主用和备用系统之间通过数据同步来保持客户端连接信息的一致，当一个系统处于故障状态时，备用负载均衡系统自动接管服务；
在双机系统配置中实现负载均衡系统本身高可用，设立调度器的备份，两个心跳进程分别在主从调度器上运行，通过心跳线来相互汇报各自的健康情况，当备份调度器不能侦听到主调度器的心跳时，会自动接管主调度器的工作提供负载调度服务以此实现调度模块的高可用。
负载均衡算法如下：
基于内容的负载均衡系统实现以下7种算法
轮询：顺序循环将请求一次顺序循环地连接每个服务器，当其中某个服务器发生故障，调度器就把其从顺序循环队列中拿出，不参加下一次的轮询，直到其恢复正常；
比率：给每个服务器分配一个加权值为比例，根椐这个比例，把用户的请求分配到每个服务器，当其中某个服务器发生故障，调度器就把其从服务器队列中拿出，不参加下一次的用户请求的分配，直到其恢复正常；
优先权：给所有服务器分组，给每个组定义优先权，调度器按照用户的请求，分配给优先级最高的服务器组，在同一组内，采用轮询或比率算法分配用户的请求，当最高优先级中所有服务器出现故障，调度器将请求送给次优先级的服务器组，实际为用户提供一种热备份的方式；
最小的连接数：传递新的连接给那些进行最少连接处理的服务器，当其中某个服务器发生故障，调度器就把其从服务器队列中拿出，不参加下一次的用户请求的分配，直到其恢复正常；
最快模式：传递连接给那些响应最快的服务器，当其中某个服务器发生故障，调度器就把其从服务器队列中拿出，不参加下一次的用户请求的分配，直到其恢复正常；观察模式：连接数目和响应时间以这两项的最佳平衡为依据为新的请求选择服务器；当其中某个服务器发生故障，调度系统就把其从服务器队列中拿出，不参加下一次的用户请求的分配，直到其恢复正常；
预测模式：利用收集到的服务器当前的性能指标，进行预测分析，选择一台服务器在下一个时间片内，其性能将达到最佳的服务器相应用户的请求；
会话保持：
会话保持是内容负载均衡中一个特定而重要的概念，一个客户与服务器之间需经过多次交互过程才能完成一笔交易，要求所有这些相关的交互过程都由一台服务器完成，这一系列的相关的交互过程是由客户到服务器的一个连接的多次会话完成，或是在客户与服务器之间的多个不同连接里的多次会话完成，一个客户完成一笔交易需多次点击，而每一个新的点击产生的请求，是一次新建的连接或是重用上一次点击建立起来的连接。
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| PB01 | Publication | ||
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Open date: 20091216 |