CN105554106A - 一种memcache分布式缓存系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种memcache分布式缓存系统，包括：至少一个magent集群代理服务器和至少2个memcache服务器，所述magent集群代理服务器通过一致性哈希算法将数据映射至所述memcache服务器中进行缓存；其中：所述magent集群代理服务器用于：将其中一台所述memcache服务器作为当前主节点，其他memcache服务器为备用节点，对所述当前主节点进行故障监测；在监测到所述当前主节点的memcache服务器出现故障时进行主备切换，即从所述备用节点中选择一memcache服务器切换为当前主节点，将出现故障的memcache服务器切换为备用节点；在监测到所述故障的memcache服务器恢复后，仍将恢复的memcache服务器作为备用节点。

Description

一种memcache分布式缓存系统
技术领域
本发明涉及缓存技术领域，具体地，涉及一种memcache分布式缓存系统。
背景技术
双主模式openstackHA环境中,每个控制节点上都同时运行着nova-consoleauthservice，用户通过horizon访问虚拟机的VNC服务时，需要向其中一台consoleauth发起认证请求，而consoleath默认将VNC认证token存储在本地内存缓冲区，其他consoleath无法共享获取到存储的token；双主模式下VNC认证请求消息通过rabbitmq以轮询方式发送到每个consoleauth，而只有其中一台在本地存储了正确的认证token，导致多consoleauth下访问VNC服务认证失败。为了解决这个问题我们引入memcache作为VNC认证token的共享存储区，并且为了避免单点故障我们同时还需要构建自己的memcacheHA。
Keystone认证token默认存储在数据库中，随着整个云计算平台运行时间的增长，数据库中token存放空间也会累计递增，长此以往keystone获取token进行认证的速度将受到影响，为此我们引入memcache作为keystone认证token的存储后端，并且为了避免单点故障我们同时还需要构建自己的memcacheHA。
Memcache作为高性能的分布式缓存系统，设计初衷并没有加入数据冗余机制，也没有必要。每个memcache分布式服务器端之间没有相互关系，数据的分布主要靠客户端相关算法来维系，没有任何应对单点故障的能力，集群中任何一台memcache节点故障都将导致存入的缓存数据丢失，为此我们需要设计一个全新的构架来构建稳定的memcacheHA。
数据冗余是构建memcacheHA防止单点故障的基础，理想的解决方案包括针对memcache自身开发具有数据冗余功能的repcache和使用具有主备数据同步功能的magent作为缓存代理服务器，前者由于单主从冗余机制限制了分布式集群的扩展性，而后者由于单向同步机制同样存在主节点宕机复活后无法同步备节点数据导致访问异常的问题。
转发超时几乎是所有memcacheHA构架中一个必然要解决的问题，当整个分布式memcache集群中作为主节点的memcache服务端宕机后，由于相关的请求超时机制导致每次访问memcache集群都将产生较大的延时，从而导致整个openstackhorizon页面的响应速度极慢，为此我们需要设计一套新的心跳检测机制及时调整更换整个构架中的memcache服务端的主备状态，以绕开请求超时所带来的响应延时，并且保证宕机的节点复活后能对活动节点进行数据同步，达到正常的数据冗余。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种memcache分布式缓存系统。
根据本发明提供的一种memcache分布式缓存系统，包括：至少一个magent集群代理服务器和至少2个memcache服务器，所述magent集群代理服务器通过一致性哈希算法将数据映射至所述memcache服务器中进行缓存；
其中：所述magent集群代理服务器用于：
将其中一台所述memcache服务器作为当前主节点，其他memcache服务器为备用节点，对所述当前主节点进行故障监测；
在监测到所述当前主节点的memcache服务器出现故障时进行主备切换，即从所述备用节点中选择一memcache服务器切换为当前主节点，将出现故障的memcache服务器切换为备用节点；
在监测到所述故障的memcache服务器恢复后，仍将恢复的memcache服务器作为备用节点。
可选地，所述magent集群代理服务器还用于：在监测到所述memcache服务器恢复后，将作为所述当前主节点的memcache服务器中的缓存数据同步到所述恢复的memcache服务器中。
可选地，所述magent集群代理服务器对所述当前主节点进行故障监测具体为：
所述magent集群代理服务器每隔预设时间，主动询问作为当前主节点的memcache服务器的运行状态，当监测到当前主节点的memcache服务器出现故障则触发所述主备切换。
可选地，所述magent集群代理服务器还用于：
将出现故障的memcache服务器切换为备用节点后向管理系统发送状态切换提示信息。
可选地，所述至少2个所述magent集群代理服务器通过keepalive保活机制对应至一个对外的虚拟IP；在所述magent集群代理服务器出现故障的状态下，待缓存数据通过所述虚拟IP再经由未出现故障的magent集群代理服务器转发至主节点的memcache服务器。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明将成熟的代理工具magent集群代理服务器和简单的设计脚本结合，设计简洁，原理清晰，不仅有效克服了memcacheHA构建过程中面临的转发超时和数据冗余的技术障碍，突破了memcache设计的理论瓶颈，还反馈式地解决了magent遗留问题，减少了平台对不成熟软件的依赖，为平台部署提供了高效稳定的memcacheHA分布式集群环境。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，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。附图中：
图1是可选实施例中的一种memcache分布式缓存系统构架示意图；
图2是可选实施例中的一种多memcache服务器的分布式缓存系统构架示意图；
图3是可选实施例中的一种多magent集群代理服务器的分布式缓存系统构架示意图。
具体实施方式
下文结合附图以具体实施例的方式对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，还可以使用其他的实施例，或者对本文列举的实施例进行结构和功能上的修改，而不会脱离本发明的范围和实质。
在本发明提供的一种memcache分布式缓存系统，如图1所示，包括：至少一个magent集群代理服务器和至少2个memcache服务器，所述magent集群代理服务器通过一致性哈希算法将数据映射至所述memcache服务器中进行缓存；
其中：所述magent集群代理服务器用于：
将其中一台所述memcache服务器作为当前主节点，其他memcache服务器为备用节点，对所述当前主节点进行故障监测；
在监测到所述当前主节点的memcache服务器出现故障时进行主备切换，即从所述备用节点中选择一memcache服务器切换为当前主节点，将出现故障的memcache服务器切换为备用节点；
在监测到所述故障的memcache服务器恢复后，仍将恢复的memcache服务器作为备用节点。
现有技术中使用具有主备数据同步功能的magent作为缓存代理服务器以解决memcache分布系统的高可用(HA)，但由于单向同步机制同样存在主节点宕机复活后无法同步备节点数据导致访问异常的问题。由于主节点在进行修复的时间段内是没有数据存储的，因此在主节点复活后出现了数据缺失，而如果需要读取这段数据，则出现所述的访问异常。
另一方面，现有技术通常是magent集群代理服务器在因memcache服务器宕机而取到NULL值后，才发现主节点宕机故障，由此再进行主备切换，从原备用节点读取缓存数据。该过程是被动触发的机制，如此造成了无法避免的转发超时。
本实施例采用keepalive+magent+switch_state.sh+memcaches结合；keepalive作为双机热备，magent作为缓存代理，switch_state.sh脚本文件设置新的心跳检测和magent主备切换后台程序，多台memcaches构成分布式缓存集群。所述magent集群代理服务器本身支持一致性哈希算法定位数据在分布式集群下的存储节点，加上本实施例中的脚本设置的心跳检测方式，轮询主节点的memcache服务器的运行状态，一旦有宕机故障出现，立即将其切换为备用节点，而另外选一备用节点作为当前主节点继续进行数据存取。宕机的memcache服务器则进行修复或重启，待恢复正常后，恢复的memcache服务器继续作为备用节点，而不进行还原。
由于在主动监测到主节点故障就立即进行主备切换，用备用节点的memcache代替故障设备，由于主备缓存数据相同，由此实现无延时缓存，大大提高了memcache分布式缓存系统的稳定性，有效抵抗单点故障对整体系统的影响。而在故障设备恢复后仍保持作为备用节点，避免了恢复的memcache服务器转做主节点后的数据补充过程，简化了系统管理流程。
作为一种实施例，所述magent集群代理服务器还用于：在监测到所述memcache服务器恢复后，将作为所述当前主节点的memcache服务器中的缓存数据同步到所述恢复的memcache服务器中。
作为一种实施例，所述magent集群代理服务器对所述当前主节点进行故障监测具体为：
所述magent集群代理服务器每隔预设时间，主动询问作为当前主节点的memcache服务器的运行状态，当监测到当前主节点的memcache服务器出现故障则触发所述主备切换。
作为一种实施例，所述magent集群代理服务器还用于：
将出现故障的memcache服务器切换为备用节点后向管理系统发送状态切换提示信息。
作为一种实施例，所述至少2个所述magent集群代理服务器通过keepalive保活机制对应至一个对外的虚拟IP；在所述magent集群代理服务器出现故障的状态下，待缓存数据通过所述虚拟IP再经由未出现故障的magent集群代理服务器转发至主节点的memcache服务器。
switch_state.sh间隔2秒轮询检查被magent集群代理服务器设置为主节点的memcache服务器的运行状态，当主节点宕机时，自动取消magent进程，并重启新的magent进程，将一备用节点切换为当前主节点，原主节点切换为备用节点，保证任何时间点主节点都处于活跃(active)状态，从而避免了因主节点宕机产生的转发超时问题。同时邮件或其他形式通知管理系统状态(state)切换，管理员应做好后续维护工作。
switch_state.sh的运行还保证了宕机节点复活后其状态(state)转换为备节点，magent集群代理服务器会将所有客户端请求导向存储完整数据的活跃的当前主节点，从而避免了采用magent集群代理服务器在主节点宕机恢复后请求到空值(NULL)的情况。
同时为了满足整个平台的高可用性，我们采用keepalive+2magent的构架，整个缓存代理集群向客户端暴露配置的虚拟IP，从而有效避免因单台magent集群代理服务器故障而产生的平台单点故障问题。
作为另一种实施例，如图2所示，本实施例设置多台memcache服务器A、B、C，通过设置多台memcache服务器，设置了两个备份节点有效保障数据冗余。而在所述magent集群代理服务器中设有监测到主节点宕机时的备用节点选择方案，在进行主备切换时，所述magent集群代理服务器根据该选择方案将预设备用节点切换为当前主节点。
如图3所示，是设置了3个magent集群代理服务器，由此增强了虚拟IP的高可用。用户从虚拟IP获取实际magent代理服务器的MAC地址，由此链接到实际的服务器上，一旦当前magent故障无法使用，则通过keepalive保活机制切换到另一个magent集群代理服务器上，设置多个magent集群代理服务器同样可增强系统稳定性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等同替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种memcache分布式缓存系统，其特征在于，包括：至少一个magent集群代理服务器和至少2个memcache服务器，所述magent集群代理服务器通过一致性哈希算法将数据映射至所述memcache服务器中进行缓存；
其中：所述magent集群代理服务器用于：
将其中一台所述memcache服务器作为当前主节点，其他memcache服务器为备用节点，对所述当前主节点进行故障监测；
在监测到所述当前主节点的memcache服务器出现故障时进行主备切换，即从所述备用节点中选择一memcache服务器切换为当前主节点，将出现故障的memcache服务器切换为备用节点；
在监测到所述故障的memcache服务器恢复后，仍将恢复的memcache服务器作为备用节点。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述magent集群代理服务器还用于：在监测到所述memcache服务器恢复后，将作为所述当前主节点的memcache服务器中的缓存数据同步到所述恢复的memcache服务器中。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述magent集群代理服务器对所述当前主节点进行故障监测具体为：
所述magent集群代理服务器每隔预设时间，主动询问作为当前主节点的memcache服务器的运行状态，当监测到当前主节点的memcache服务器出现故障则触发所述主备切换。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述magent集群代理服务器还用于：
将出现故障的memcache服务器切换为备用节点后向管理系统发送状态切换提示信息。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少2个所述magent集群代理服务器通过keepalive保活机制对应至一个对外的虚拟IP；在所述magent集群代理服务器出现故障的状态下，待缓存数据通过所述虚拟IP再经由未出现故障的magent集群代理服务器转发至主节点的memcache服务器。
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