CN104811476B - 一种面向应用服务的高可用部署实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种面向应用服务的高可用部署实现方法，包括以下步骤：系统交互、体系结构解析、高可用体系结构转换、部署配置文件生成和实例部署。本发明实现过程简单易行，适用性广，具有广阔的市场前景。

Description

一种面向应用服务的高可用部署实现方法
技术领域
本发明涉及计算机应用领域，具体涉及一种面向应用服务的高可用部署实现方法。
背景技术
随着云计算等技术的发展，平台所提供的计算资源越来越充足，人们在现实环境下部署应用服务实例往往更加重视其高可用性这一特征属性。高可用性是指系统满足能够检测并容忍处理硬件、软件、环境和操作等失误造成的故障，从而保持服务的高度可用。对于一个应用服务体系来说，如果某个应用服务组件发生故障，通常整个服务体系就会瘫痪，这就是单点失效问题。
服务体系架构，如果某一或者多个组件发生宕机，导致系统服务不可用。人工修复是一种直观有效的解决方法，但是往往需要较长的反应时间和维修时间，而且人力成本往往较高。对于一些高可用性要求非常高的场景，比如金融、医疗、航空等领域，即使人工可修复，服务瘫痪时间多耽误一点往往也会造成无法挽回的损失，所以我们的目标是使服务瘫痪时间降到最少。
PaaS平台比如Cloud Foundry，Heroku等，提供面向应用服务实例高可用部署的方法是将多个实例分布在多个可用区域内进行平行化部署，或是平台对服务实例进行监控，当发现服务异常或者失效后，对服务实例重新进行部署。但是这样，当平台上部署的应用数量到达一定规模，便会给平台本身的某些组件造成一定的负担，而且重新部署实例需要的时间较长，通常达不到预期的高可用性要求。
目前，工业界和学术界都已经有很多比较成熟的高可用解决方案，这些方法的原理和所采用的技术各不相同，而且往往都是一整套解决方案，涉及到的原理和技术方法比较多，一般都比较复杂。对于开发者或者运维人员来说，除非具有相当丰富的经验，否则需要逐一去调研，然后尝试进行部署，这是一项繁重的任务，增加了实际工作的复杂度。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种面向应用服务的高可用部署实现方法。
技术方案：本发明的一种面向应用服务的高可用部署实现方法，包括以下步骤：
(1)系统交互阶段：用户在交互界面向系统输入自定义需要部署的应用服务体系架构以及需要进行高可用部署的组件相关的高可用性需求参数；
(2)体系结构解析阶段：把用户输入的应用服务架构数据信息解析成用软件体系结构描述语言进行描述的形式；
(3)高可用体系结构转换阶段：针对每个需要高可用部署的组件，基于高可用部署的体系结构转换算法，通过应用服务组件本身特性和用户自定义的高可用性参数，选择相应的组件级体系结构转换策略，完成高可用架构的转换过程；
(4)部署文件配置生成阶段：根据转换后的高可用体系架构面向人工或者自动化部署管理系统生成相应所需的配置文件；
(5)实例部署阶段：由人工或者自动化部署管理系统根据生成的配置文件进行应用服务实际的高可用部署。
进一步的，所述步骤(1)中用户需要在交互界面自定义以下内容：
需要部署的系统架构名称；需要进行高可用部署的每个组件及其相关配置文件参数；组件与组件之间的连接通信或交互情况即每个连接件的相关信息；系统各个组件的服务端口和连接件角色对应的情况即系统的整体配置。
上述内容具体包括：需要部署架构的系统名称SystemName；组件名称ComponentName，服务端口Port，配置文件参数ConfigurationParams；组件与组件之间的连接通信或交互情况即连接件，包括：连接件名称ConnectorName，角色名Role，实现原理Implementation；系统的整体配置，即系统各个组件的服务端口Port和连接件角色Role的对应情况；服务类别Category、高可用模式Mode和部署规模Size。其中服务类别包括：无状态服务Stateless和有状态服务Stateful，高可用模式包括：主备模式Active/Passive和主主模式Active/Active，部署规模可以是两个或者两个以上的集群主机数量。
进一步的，所述步骤(2)中，基于系统架构信息创建用ACME语言(也可以采用其他描述语言)描述体系结构的目标系统对象System；基于每个组件相关的输入数据和高可用性需求参数创建目标系统对象中的组件对象Component；基于连接件相关输入数据创建目标系统对象中的连接件对象Connector；基于系统配置信息创建目标系统对象中的附加对象Attachment，最后完成系统架构基于ACME语言的完整描述。
进一步的，所述步骤(3)的具体过程为：
(31)设定所需架构的架构系统的组件集合为S＝{C1,C2,…,Cn}，组件集合S中的每个组件Ci均包含有相关配置信息属性；若用户自定义该组件的高可用性参数，则组件Ci还包含高可用性参数属性HAParams，包括：服务类别Category，高可用模式Mode和部署规模Size；
(32)对于组件Ci，如果有高可用性参数属性，则根据参数选择相应的高可用体系结构转换策略，不管组件Ci是无状态服务还是有状态服务都有主备模式和主主模式两种高可用模式，且其部署规模是两个或者两个以上的集群主机数量；
(33)对于组件Ci，如果没有高可用性参数属性，出于系统整体高可用性的目的，对于一些特定的服务组件，系统提供缺省的高可用体系结构转换策略；
(34)重复步骤(32)和(33)，直到每个需要高可用部署的组件都完成了对应的体系结构转换策略，从而完成对整个系统的体系结构转换，最终生成高可用性体系架构。
进一步的，所述步骤(4)的具体过程为：
根据完成高可用体系结构转换后的系统架构描述解析出以下信息数据：系统信息，各个组件及其配置信息，组件与组件之间的连接通信或交互情况，部署相关的约束条件包括：哪些组件需要部署在同一台主机上、哪些组件不能部署在同一台主机上以及组件服务安装后的启动顺序；然后根据这些数据信息生成自动化部署管理系统进行实例部署所需的配置文件。
进一步的，所述步骤(5)的具体过程为：将生成的高可用部署配置文件信息展示给人工或者发送给对应的自动化部署管理系统，利用这些配置文件完成实例最终的高可用部署。
有益效果：本发明可在开发者或者运维人员无需任何高可用部署经验的情况下，基于自定义的应用服务体系架构和高可用性需求为其进行实例的高可用部署，再根据此高可用部署方案生成部署配置文件展示给人工或者发送给对应的自动化部署管理系统，从而为用户进行实例的高可用部署；同时，本发明能够根据面向各类应用服务组件通用的高可用解决方案和某些特定服务组件专有的方案，分别抽象和总结出相应的体系结构转换策略，每一种策略都是经过实践部署反复验证的可行性解决方案。
另外，本发明充分考虑实例高可用部署方案的相关决定因素，包括服务组件特性类别、高可用部署模式和实例部署规模等，根据面向各类应用服务组件通用的以及某些特定服务组件专有的高可用解决方案，分别定义出相应的组件级体系结构转换策略，在用户部署实例过程中，根据用户自定义的应用服务架构和高可用性需求，适用性广。
综上所述，本发明实现过程简单易行，适用性广，具有广阔的市场前景。
附图说明
图1为本发明的流程示意图；
图2为实施例中的Web系统架构图；
图3为实施例中高可用体系结构转换策略的选择流程示意图；
图4为实施例的Web系统高可用架构图。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
如图1所示，本发明的一种面向应用服务的高可用部署实现方法，包括以下步骤：
(1)系统交互阶段：用户在交互界面向系统输入自定义需要部署的应用服务体系架构以及需要进行高可用部署的组件相关的高可用性需求参数；
(2)体系结构解析阶段：把用户输入的应用服务架构数据信息解析成用软件体系结构描述语言进行描述的形式；
(3)高可用体系结构转换阶段：针对每个需要高可用部署的组件，基于高可用部署的体系结构转换算法，通过应用服务组件本身特性和用户自定义的高可用性参数，选择相应的组件级体系结构转换策略，完成高可用架构的转换过程；
(4)部署文件配置生成阶段：根据转换后的高可用体系架构面向人工或者自动化部署管理系统生成相应所需的配置文件；
(5)实例部署阶段：由人工或者自动化部署管理系统根据生成的配置文件进行应用服务实际的高可用部署。
所述步骤(1)中用户需要在交互界面自定义以下内容：
需要部署的系统架构名称；需要进行高可用部署的每个组件及其相关配置文件参数；组件与组件之间的连接通信或交互情况即每个连接件的相关信息；系统各个组件的服务端口和连接件角色对应的情况即系统的整体配置。
上述内容具体包括：需要部署架构的系统名称SystemName；组件名称ComponentName，服务端口Port，配置文件参数ConfigurationParams；组件与组件之间的连接通信或交互情况即连接件，包括：连接件名称ConnectorName，角色名Role，实现原理Implementation；系统的整体配置，即系统各个组件的服务端口Port和连接件角色Role的对应情况；需要进行高可用部署的组件还需要定义高可用性相关需求参数，包括：服务类别Category、高可用模式Mode和部署规模Size。其中服务类别包括：无状态服务Stateless和有状态服务Stateful，高可用模式包括：主备模式Active/Passive和主主模式Active/Active，部署规模可以是两个或者两个以上的集群主机数量。
所述步骤(2)中，基于系统架构信息创建用ACME语言描述体系结构的目标系统对象System；基于每个组件相关的输入数据和高可用性需求参数创建目标系统对象中的组件对象Component；基于连接件相关输入数据创建目标系统对象中的连接件对象Connector；基于系统配置信息创建目标系统对象中的附加对象Attachment，最后完成系统架构基于ACME语言的完整描述。
所述步骤(3)的具体过程为：
(31)设定所需架构的架构系统的组件集合为S＝{C1,C2,…,Cn}，组件集合S中的每个组件Ci均包含有相关配置信息属性；若用户自定义该组件的高可用性参数，则组件Ci还包含高可用性参数属性HAParams，包括：服务类别Category，高可用模式Mode和部署规模Size；
(32)对于组件Ci，如果有高可用性参数属性，则根据参数选择相应的高可用体系结构转换策略，不管组件Ci是无状态服务还是有状态服务都有主备模式和主主模式两种高可用模式，且其部署规模是两个或者两个以上的集群主机数量；
对于某无状态服务，服务本身不存储任何信息，不记录状态，只负责单独响应请求，如果要进行主备高可用部署，对应的解决方案是进行集群冗余配置，即提供完整的冗余实例作为从属节点，当主节点失效时，从属节点才立即上线替代，策略采用Pacemaker和Corosync相结合的技术，Corosync是底层集群通信组系统，而Pacemaker是集群资源管理器，通过Resource Agent来控制该服务的启动、停止等，同时，集群通过定义一个虚拟IP资源，由它对应的Resource Agent来控制，外部服务通过访问虚拟IP所对应的端口来访问集群中运行的服务。
对于上述无状态服务，如果要进行主主高可用部署，对应的解决方案是提供两个或者多个相同的实例同时运行，服务请求在网络中通过负载均衡转发到对应的实例作出响应，常用的负载均衡器有：LVS，Nginx和HAProxy，具体采用哪种由服务特性和部署规模来决定，同时还要结合Keepalived技术，提供故障隔离和失败切换功能。
而对于某有状态服务，如果要进行主备高可用部署，要在无状态服务解决方案的基础上加上共享存储机制，这样可以保证从属服务上线代替时能够继续使用主服务的数据，共享存储机制包括：NFS，DRBD等；而对于该有状态服务，如果要进行主主高可用部署要在无状态服务的基础上加上状态一致性保持机制，这样可以保证多个并行运行实例的状态数据具有一致性，比如对于Web服务器，要实现Session共享机制，需要利用Memcached等相关技术。
(33)对于组件Ci，如果没有高可用性参数属性，出于系统整体高可用性的目的，对于一些特定的服务组件，系统提供缺省的高可用体系结构转换策略；
上述缺省的高可用体系结构转换策略是指：用户出于某些原因可能没有自定义某些组件的高可用性参数，但是出于系统整体高可用性的需求，这些组件仍然需要进行高可用部署，针对特定组件服务，比如：MySQL，RabbitMQ等，系统提供缺省的高可用部署解决方案，比如MySQL Cluster，Mirrored Queue。
(34)重复步骤(32)和(33)，直到每个需要高可用部署的组件都完成了对应的体系结构转换策略，从而完成对整个系统的体系结构转换，最终生成高可用性体系架构。
所述步骤(4)的具体过程为：
根据完成高可用体系结构转换后的系统架构描述解析出以下信息数据：系统信息，各个组件及其配置信息，组件与组件之间的连接通信或交互情况，部署相关的约束条件包括：哪些组件需要部署在同一台主机上、哪些组件不能部署在同一台主机上以及组件服务安装后的启动顺序；然后根据这些数据信息生成自动化部署管理系统进行实例部署所需的配置文件。
所述步骤(5)的具体过程为：将生成的高可用部署配置文件信息展示给人工或者发送给对应的自动化部署管理系统，利用这些配置文件完成实例最终的高可用部署。
实施例：
如图2所示，本实施例中的Web系统包括三个组件：客户端Client，网络服务器WebServer，数据库MySQL。Client与WebServer之间是网络请求连接Http_Connector，WebServer与MySQL之间是数据库连接SQL_Connector，一般是Client向WebServer发送HTTP请求，WebServer可能会向MySQL发起数据请求，MySQL返回SQL操作请求结果给WebServer，WebServer再把HTTP请求结果返回给Client。
用户在系统交互阶段中自定义上述整个系统架构，由此解析出用ACME语言描述的架构形式，采用ACME解析的过程如下所述：
其中，ServiceIP和ServicePort都是组件配置信息相关属性，当然不同的组件在不同的系统中需要不同的配置信息，HAParams属性包含了三个高可用性参数的定义。
在本实施例的系统中，Client组件没有高可用性参数属性，实际情况下，通常Web客户端也不需要进行高可用性部署；WebServer组件的三个高可用性参数分别为：stateless，active/active和2，即这里的Web服务组件是一种无状态服务，需要两个实例进行主主模式的高可用部署；MySQL组件的三个高可用参数分别为：stateful，active/passive和2，也即这里的MySQL服务组件是一种有状态服务，需要两个实例进行主备模式的高可用部署。
为了实现WebServer服务组件的高可用部署，根据用户自定义参数由高可用部署的体系结构转换算法选择针对无状态服务两个实例的主主模式高可用模型的体系结构转换策略。具体的策略选择过程如图3所示。本策略以负载均衡技术为基础，同时结合故障隔离及失败切换技术。故障隔离是指虚拟服务器中的某些真实服务器失效或发生故障，系统将自动把失效的服务器从转发队列中清理出去，从而保证用户访问的正确性；另一方面，当失效的服务器被修复以后，系统再自动把它加入转发队列。失败切换是指在有两个负载均衡器的应用场景中，当主负载均衡失效或出现故障，备份负载均衡器将自动接管主均衡器的工作；一旦主负载均衡器故障修复，两者将恢复到最初的角色。
要实现负载均衡，需要在两个并行运行的实例前端部署负载均衡器，根据服务对象和规模大小决定具体选择哪种负载均衡器，此处以LVS为例；要实现故障隔离及失败切换，本实施需要部署Keepalived组件。
在现有架构的基础上，首先记录与WebServer组件有交互的连接情况，包括：向WebServer发送服务请求的连接Http_Connector，WebServer向其他服务组件MySQL发送请求的连接SQL_Connector以及它们的角色Role和组件端口Port的对应情况；接着移除WebServer组件，添加两个网络服务器实例WebServer，再在前端配置两个对等的多组件组合虚拟服务器实体LVS-Entity。
每一个LVS-Entity包含组件：LVS和Keepalived，一个Linux虚拟服务器LVS是主负载均衡器，另一个Linux虚拟服务器LVS是备份负载均衡器，这两个负载均衡器各自配置一个Keepalived组件，这里的约束条件是：LVS及其对应的Keepalived要配置在同一台主机上，Keepalived组件和LVS组件之间通过通信绑定连接Binding_Connector进行通信；然后根据之前记录的连接，添加好新的连接件，原来发送给WebServer的请求，发送给LVS进行调度转发，Keepalived组件基于虚拟路由冗余协议VRRP，向Client提供了一种虚拟路由冗余交互连接VRRPCollaboration_Connector，面向后端两个WebServer提供了健康检查连接HealthCheck_Connector，负载均衡器面向后端两个WebServer提供负载均衡连接LoadBalancing_Connector，每一个服务实例WebServer都添加向MySQL发送请求的连接数据库连接SQL_Connector；再根据之前记录的连接件以及角色和端口的对应情况，添加新的对应情况；最后再给组件添加关键的配置参数信息完成高可用体系结构转换。
接下来为了实现MySQL服务组件的高可用部署，根据用户自定义参数由高可用部署的体系结构转换算法选择针对有状态服务两个实例的主备模式高可用模型的体系结构转换策略。本策略以集群冗余技术为基础，同时结合共享存储相关技术。集群冗余是指通过高可用集群软件和网络将冗余的高可用硬件和软件组件组合成集群系统，从而能够消除单点故障，将宕机时间降到最少。共享存储是指实现多个服务实例的数据进行共享。要实现集群冗余，需要高额可用集群软件，本实施中使用Pacemaker集群资源管理器，还有Corosync这一集群通信组系统，要实现共享存储机制，需要部署分布式存储块设备DRBD。
在现有架构的基础上，首先记录与MySQL组件有交互的连接情况，包括：向MySQL发送服务请求的连接SQL_Connector及其角色Role和组件端口Port的对应情况，MySQL向其他服务组件发送请求的连接，这里没有任何连接；接着移除MySQL组件，添加两个对等的多组件组合数据库实体MySQL-Entity，这里的约束条件是：每一个MySQL-Entity包含组件：Pacemaker，Corosync，DRBD和MySQL。Corosync用来获取集群主机的信息，通过集群信息传递连接ClusterInfoTrans_Connector定期发送给Pacemaker进行集群管理，Pacemaker再通过相应的资源代理脚本Resource Agent来管理服务组件，比如服务的开启、停止等，这里Pacemaker通过资源代理连接ResourceAgent_Connector来管理MySQL组件，通过分布式复制块设备资源代理连接DRBDResourceAgent_Connector来管理DRBD组件，DRBD通过数据挂载连接DataMount_Connector来获取MySQL的数据进行共享；然后根据之前记录的连接，再添加好新的连接件，原来组件发送给MySQL请求通过与Corosync交互的连接集群管理交互连接ClusterManagementCollaboration_Connection提供的一个虚拟IP发送给MySQL主组件，两个DRBD块设备之间通过一种异步数据复制连接DataReplication_Connector来同步数据；再根据之前记录的连接件以及角色和端口的对应情况，添加新的对应情况；最后再给组件添加关键的配置参数信息完成高可用体系结构转换。
经过上述的系统体系结构转换过程，也就是高可用体系结构转换阶段执行完对针对每一个需要做高可用部署的组件的体系结构转换，整个系统的高可用体系架构就以一种软件体系结构描述语言进行描述的形式存在，这时的架构如图4所示。
为了实现对应用服务实例的实际部署，除了人工直接部署的方法以外，还可以结合应用服务自动化部署管理系统，目前工业领域已经有一些相当成熟的自动化部署管理系统，比如：Puppet，Chef等，本发明可与自动化部署管理系统相结合来完成实例的部署工作，本实施中使用Puppet进行说明。
部署配置文件生成阶段根据上述架构的相关描述可以解析出：系统信息，各个组件及其配置信息，组件与组件之间的连接通信或交互情况，还有部署相关的约束条件：哪些组件需要部署在同一台主机上，哪些组件不能部署在同一台主机上以及组件服务启动顺序这些信息数据。根据这些信息可以完整地生成Puppet进行实例高可用部署时所需要的配置文件，包括：Puppet服务器端的manifest等相关文件。最后Puppet部署管理系统根据生成的配置文件，完成应用服务高可用的实际部署，直接为用户提供一个高可用部署的应用服务实例。

Claims (3)

1.一种面向应用服务的高可用部署实现方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)系统交互阶段：用户在交互界面向系统输入自定义需要部署的应用服务体系架构以及需要进行高可用部署的组件相关的高可用性需求参数；
(2)体系结构解析阶段：把用户输入的应用服务架构数据信息解析成用软件体系结构描述语言进行描述的形式，具体方法为：基于系统架构信息创建用ACME语言描述体系结构的目标系统对象System；基于每个组件相关的输入数据和高可用性需求参数创建目标系统对象中的组件对象Component；基于连接件相关输入数据创建目标系统对象中的连接件对象Connector；基于系统配置信息创建目标系统对象中的附加对象Attachment，最后完成系统架构基于ACME语言的完整描述；
(3)高可用体系结构转换阶段：
(3.1)设定所需架构的架构系统的组件集合为S＝{C1,C2,…,Cn}，组件集合S中的每个组件Ci均包含有相关配置信息属性；若用户自定义该组件的高可用性参数，则组件Ci还包含高可用性参数属性HAParams，包括：服务类别Category，高可用模式Mode和部署规模Size；
(3.2)对于组件Ci，如果有高可用性参数属性，则根据参数选择相应的高可用体系结构转换策略，不管组件Ci是无状态服务还是有状态服务均有主备模式和主主模式两种高可用模式，且其部署规模是两个或者两个以上的集群主机数量；
(3.3)对于组件Ci，如果没有高可用性参数属性，出于系统整体高可用性的目的，对于一些服务组件，系统提供缺省的高可用体系结构转换策略；
(3.4)重复步骤(3.2)和(3.3)，直到每个需要高可用部署的组件都完成对应的体系结构转换策略，从而完成对整个系统的体系结构转换，最终生成高可用性体系架构；
(4)部署文件配置生成阶段：
根据完成高可用体系结构转换后的系统架构描述解析出以下信息数据：系统信息，各个组件及其配置信息，组件与组件之间的连接通信或交互情况，部署相关的约束条件包括：哪些组件需要部署在同一台主机上、哪些组件不能部署在同一台主机上以及组件服务安装后的启动顺序；然后根据这些数据信息生成自动化部署管理系统进行实例部署所需的配置文件；
(5)实例部署阶段：由人工或者自动化部署管理系统根据生成的配置文件进行应用服务实例的高可用部署。
2.根据权利要求1所述的面向应用服务的高可用部署实现方法，其特征在于：所述步骤(1)中用户需要在交互界面自定义以下内容：
需要部署的系统架构名称；需要进行高可用部署的每个组件及其相关配置信息参数；组件与组件之间的连接通信或交互情况即每个连接件的相关信息；系统各个组件的服务端口和连接件角色对应的情况即系统的整体配置。
3.根据权利要求1所述的面向应用服务的高可用部署实现方法，其特征在于：所述步骤(5)的具体过程为：将生成的高可用部署配置文件信息展示给人工或者发送给对应的自动化部署管理系统，利用这些配置文件完成实例最终的高可用部署。
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