CN105812488A - 云计算分布式服务集群系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种面向大规模并发访问的分布式服务集群方案，通过动态的集群创建和添加，让服务可以被动态地创建、扩展或删除，提高服务的可扩展性和可用性，并使服务按需在不同的区域和环境下部署和使用，提高本地化服务能力。本发明设计了两层的服务集群模型，让每个服务集群独立管理，在服务器节点层面得到负载均衡的同时，实现服务层面的可伸缩管理，以及在服务层面的负载均衡。在本发明所涉及系统中，每个服务由一个服务访问地址URL标识，可以被所有的服务使用客户端统一访问，与客户端对应的服务创建者无关，便于服务端统一管理和分发。

Description

云计算分布式服务集群系统及其方法
技术领域
本发明涉及分布式计算、云计算领域，具体涉及云计算分布式服务集群系统及其方法。
背景技术
随着互联网技术的发展，各种各样的服务都趋于通过云端进行分发，不只是计算能力和存储能力，更多的是各种应用服务，如即时消息、推送服务、用户管理服务、视频转码服务、短信服务等，以这种方式进行分发的服务称为云服务。
云服务是基于互联网的相关服务的增加、使用和交付模式，通常涉及通过互联网来提供动态易扩展且经常是虚拟化的资源。云是网络、互联网的一种比喻说法。云服务旨在通过网络以按需、易扩展的方式分发和获得所需服务。它大大提高了资源的使用效率，并让服务的使用更加灵活，且成本更低。而在云服务中，分布式计算技术是确保云服务高效实现的重要环节和手段。
分布式计算是一种计算方法，和集中式计算是相对的。随着计算技术的发展，有些应用需要非常巨大的计算能力才能完成，如果采用集中式计算，需要耗费相当长的时间来完成。分布式计算将该应用分解成许多小的部分，分配给多台计算机进行处理。这样可以节约整体计算时间，大大提高计算效率。
分布式计算是一种新的计算方式。所谓分布式计算就是在两个或多个软件互相共享信息，这些软件既可以在同一台计算机上运行，也可以在通过网络连接起来的多台计算机上运行。分布式计算比起其它算法具有以下几个优点：
1、资源共享。
2、通过分布式计算可以在多台计算机上平衡计算负载。
3、可以把程序放在最适合运行它的计算机上。
其中，共享稀有资源和平衡负载是计算机分布式计算的核心思想之一。
发明内容
本发明的目的是设计网络服务的计算机节点间分布式部署与集群方案，以及基于该部署方案的服务使用方法，提高网络服务的响应能力与可用性，增加网络服务分发的灵活性、可扩展性和伸缩性，并提高计算机资源的使用效率，而提供云计算分布式服务集群系统及其方法。
本发明为了实现上述目的而采用的技术方案为：云计算分布式服务集群系统，所述的系统包括服务管理集群、服务集群和服务使用客户端，所述的服务管理集群包括网络服务部署与集群方案的管理实体，负责系统的数据存储和管理交互，所述服务集群的服务器节点必须提供同一种网络服务，且所述的服务集群内的服务器节点数为一个不小于1的整数；服务集群内除了包含提供某种服务的服务器节点外，还包括一个或多个服务均衡装置，且服务负载均衡装置的IP地址作为该服务集群的标识；
所述服务使用客户端的服务由服务集群内的服务器节点统一提供，且保持数据和服务的一致性。
进一步的，所述服务管理集群还包括系统配置管理装置、服务管理Portal装置和认证中心装置，
所述的系统配置管理装置为系统管理员提供系统配置交互界面，并实现相关配置功能；
所述的服务管理Portal装置为服务管理员提供服务实例创建、修改、删除等相关管理功能和交互界面；
所述的认证中心装置存储服务实例的相关信息和服务租用者相关认证与鉴权信息，认证中心还保存每个服务实例对应的服务集群信息，并将服务实例标识SID与服务集群信息绑定。
进一步的，所述的服务集群内的服务节点可以通过共享数据库，提供RESTAPI的方式保持数据和服务的一致性。
采用如上述任一项所述分布式服务集群系统的方法，所述的系统配置管理装置通过动态的方式添加服务集群的方法如下：
1、系统管理员通过系统配置管理装置添加一个服务集群的相关信息：该服务集群的服务均衡装置的IP地址，服务集群内所有服务节点的访问信息，访问信息的表达方式包括：URL和{通信协议标识，IP地址，端口号}元组；所述的系统配置管理装置通过一个界面供系统管理员填入上述信息。
2、所述的系统配置管理装置将集群的信息提交给服务管理装置，并由服务管理装置将信息入库，该过程的实现方式包括：系统配置管理装置与服务管理装置之间共享数据库系统、远程过程调用RPC或RESTAPI；
3、所述的服务管理员通过服务管理装置提供的管理界面创建一个服务实例，服务管理装置根据系统中的集群信息和服务创建实例的需求分配一个服务集群给对应的服务实例，如果服务集群分配成功，则服务管理装置生成一个服务实例标识SID，并将其与被分配的服务集群IP地址、与服务管理员相关联的服务鉴权元组、服务类型、服务状态信息发送给认证中心装置，并由认证中心装置将这些信息入库，该过程的实现方式包括：系统配置管理装置与服务管理装置之间共享数据库系统、远程过程调用RPC或RESTAPI。
采用如上述中任一项所述分布式服务集群系统的方法，所述服务集群的访问和使用的具体步骤如下：
a、客户端根据域名解析得到的服务集群IP地址向服务集群的服务均衡装置发起服务请求，并带上服务鉴权元组，该鉴权元组包含服务标识ID、服务租用者的身份信息和服务使用密钥；
b、服务均衡装置向认证中心装置发起对客户端的认证请求，同样将服务鉴权元组发送给认证中心；
c、认证中心根据客户端的鉴权元组进行认证，认证方式包括将从第
b步中获得的鉴权元组信息与数据库中保存的信息进行比对；对加密后的鉴权元组信息进行解密；将元组信息的哈希值与数据库中的元组信息哈希值进行比对；
d、认证中心将认证结果返回给服务均衡装置，若认证成功，返回的结果包含一个Token1密文和一个服务集群IP，进入第e步；若认证失败，则服务均衡装置直接将失败信息返回给客户端，且结束服务请求流程；
e、服务均衡装置检查在第d步中返回的服务均衡IP地址与自己的IP地址是否相等；
f、若在第e步中的比较结果相等，则服务均衡装置根据客户端的服务鉴权元组信息生成一个新的Token2密文，同时，服务均衡装置将在第d步中获得的Token1缓存在服务均衡装置自己的数据库系统中；然后服务均衡装置根据当前集群中的服务节点的使用情况分配一台服务节点，并进入第g步；若在第e步中的比较结果不相等，则进入第j步；
g、将在第f步中计算的Token2和分配的服务节点的访问地址(如URL)返回给客户端；
h、客户端根据在第g步中返回的服务节点的访问地址向服务节点请求使用服务，并带上Token2；
i、服务节点验证Token2，若验证成功则提供相应的服务，否则服务使用失败；
j、服务均衡装置将从认证中心获得的服务集群IP地址返回给客户端，并实现请求跳转；
k、客户端重复第a步，向新的服务集群重新进行服务请求。
采用上述技术方案的有益效果是：本发明设计了一种面向大规模并发访问的分布式服务集群方案，通过动态的服务集群创建和添加，让服务可以被动态地创建、扩展或删除，提高服务的可扩展性和可用性。通过对单一服务的统一标识，保持服务入口的统一性，让服务的分发和使用变得简单，且每个服务的访问在多个服务集群之间得到负载均衡，提高了服务的并发能力和可用性，并提高服务按区域和环境部署的灵活性。基于本发明的分布式服务集群方法和系统，还提出了服务的动态创建过程与服务使用方法，增加网络服务分发的灵活性、可扩展性和伸缩性，并提高计算机资源的使用效率。
附图说明
图1为本发明所涉及分布式服务集群的系统框图；
图2为服务和服务集群的标识以及与服务节点的关系示意图；
图3为本发明所涉集群的服务创建过程的示意图；
图4为本发明所涉集群所提供网络服务的使用过程的示意图。
具体实施方式
以下结合附图和本发明优选的具体实施例对本发明的内容作进一步地说明。所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1至图4中所示，本方案中所述的一种分布式服务集群系统，所述的系统包括服务管理集群、服务集群和服务使用客户端，所述的服务管理集群包括本方案中所涉及网络服务部署与集群方案的管理实体，负责系统的数据存储和管理交互，其中包括：系统配置管理装置、服务管理Portal装置和认证中心装置，所述的系统配置管理装置为系统管理员(如基于本发明所涉及集群方案提供相关网络服务的实体和个人)提供系统配置交互界面，并实现相关配置功能；服务管理Portal为服务管理员(如租用相关网络服务的机构或个人)提供服务实例创建、修改、删除等相关管理功能和交互界面；认证中心存储服务实例的相关信息和服务租用者(服务管理员所代表的实体)相关认证与鉴权信息，这些认证与鉴权信息包括但用户名UID、服务实例标识SID和服务实例使用密钥等；认证中心还保存每个服务实例对应的服务集群信息，并将服务实例标识SID与服务集群信息绑定；服务集群信息包括：服务集群的服务均衡装置的IP地址，集群中所有服务节点的访问地址等。在本发明所涉及系统中，服务管理集群只有一个，但其中的系统配置管理装置、服务管理Portal装置和认证中心装置可以分别包含一个或多个物理节点，他们可以被部署在同一个局域网(LAN)内，也可以被部署在不同的局域网内，只要相互间可以通信即可，服务集群包含某种特定网络服务的服务器节点，本发明所涉及系统可以包含一种服务或多种服务的服务集群，而每个服务集群的服务器节点必须提供同一种网络服务，而集群内的服务器节点数m为一个不小于1的整数，在本发明涉及系统中，每个服务集群内的服务节点为每个服务使用客户端提供统一的服务，并保持数据和服务的一致性。服务集群内的服务节点可以通过共享数据库、提供RESTAPI等方式保持数据和服务的一致性，而服务集群内的服务节点间的交互方式和保持数据一致性的方法不在本发明范围内。本发明所涉及客户端为服务集群提供服务的使用者，为运行在各种计算机终端、移动设备终端和其他设备或运行时环境上的应用程序。
在本发明所涉及分布式集群系统，每个服务由一个DNS域名唯一标识，域名结构为：{服务名称}.{系统域名}，如“service1.xxxx.com”。而每个服务可以由一个或多个服务集群提供，每个服务集群内包含一个服务均衡节点(每个服务均衡节点可以包含一台或多台物理节点)，和多个服务节点。每个服务集群内的服务均衡节点被分配一个服务IP地址，该IP地址唯一标识一个服务集群，提供相同服务的服务集群的IP地址被绑定同一个服务域名，如图2所示。
如图1所示，当客户端需要使用某服务，首先客户端根据指定的服务域名获得一个服务集群的IP地址(通过DNS域名解析系统)，然后根据该IP地址向对应的服务集群中的服务均衡节点请求服务(图1中的步骤1)；服务均衡节点根据客户端请求，向认证中心装置发起客户端认证、鉴权(图1中的步骤2)；认证中心将认证、鉴权结果返回给服务均衡节点(图1中步骤3)，返回结果包含一个认证成功或失败标识(如0表示成功；1表示失败)，如果认证成功，则还包含分配给对应客户端的服务器节点相关信息、分配给对应客户端的服务集群IP地址和一个鉴权Token；服务均衡节点收到认证中心的返回结果后，比较返回结果中的服务集群IP地址与自己的IP地址(图1中的步骤4)；如果在步骤4中比较的两个IP地址相等，则服务均衡节点从自己的集群内分配分配一台服务节点为客户端服务，并将服务器节点的访问信息返回给客户端，服务节点的访问信息的表示方式包括但不限于：统一资源标识URL，通信协议+IP地址+端口号元组等；如果在步骤4中比较的两个IP地址不相等，则服务均衡节点将从认证中心返回的均衡节点的IP地址返回给客户端，然后客户端重新向新的服务均衡节点发起新的服务请求。
在本发明所涉及服务集群及其服务系统，每个服务集群都可以通过系统配置管理装置动态添加。如图3所示，服务创建流程如下：
a、系统管理员通过系统配置管理装置添加一个服务集群的相关信息：该服务集群的服务均衡装置的IP地址，服务集群内所有服务节点的访问信息，访问信息的表达方式包括但不限于：URL、{通信协议标识，IP地址，端口号}元组等。系统配置管理装置通过一个界面(HTML页面或其他UI实现方式)供系统管理员填入上述信息。
b、系统配置管理装置将集群的信息提交给服务管理装置，并由服务管理装置将信息入库。该过程的实现方式包括但不限于：系统配置管理装置与服务管理装置之间共享数据库系统、远程过程调用RPC或RESTAPI等。
C、服务管理员(本发明所涉及系统的服务租用实体)通过服务管理装置提供的管理界面创建一个服务实例，服务管理装置根据系统中的集群信息和服务创建实例的需求分配一个最优的服务集群给对应的服务实例，具体的集群分配算法不在本发明范围内。如果服务集群分配成功，则服务管理装置生成一个服务实例标识SID，并将其与被分配的服务集群IP地址、与服务管理员相关联的服务鉴权元组、服务类型、服务状态(服务可用、不可用等状态)等信息发送给认证中心装置，并由认证中心装置将这些信息入库。该过程的实现方式包括系统配置管理装置与服务管理装置之间共享数据库系统、远程过程调用RPC或RESTAPI等。
本发明所涉及服务集群及其服务系统中的每个服务都由一个服务域名标识，服务的使用客户端根据对应的服务域名或包含了服务域名的访问路径URL(如：http://service1.xxx.com/start)对服务进行访问，服务的访问和使用的具体流程如图4所示：
1.客户端根据域名解析得到的服务集群IP地址向服务集群的服务均衡装置发起服务请求，并带上服务鉴权元组。该鉴权元组可以包含服务标识ID、服务租用者的身份信息(如UID)、服务使用密钥等，鉴权元组信息所包含的具体信息本发明不作限制，且其发送方式包括但不限于明文方式、加密传输，或通过其哈希值传输等；
2.服务均衡装置向认证中心装置发起对客户端的认证请求，同样将服务鉴权元组发送给认证中心；
3.认证中心根据客户端的鉴权元组进行认证，认证方式包括但不限于：将从第2步中获得的鉴权元组信息与数据库中保存的信息进行比对；对加密后的鉴权元组信息进行解密；将元组信息的哈希值与数据库中的元组信息哈希值进行比对等；
4.认证中心将认证结果返回给服务均衡装置，若认证成功，返回的结果包含一个Token1密文(Token1包含对服务鉴权元组进行认证所需的所有参数)和一个服务集群IP，进入第5步；若认证失败，则服务均衡装置直接将失败信息返回给客户端，且结束服务请求流程；
5.服务均衡装置检查在第4步中返回的服务均衡IP地址与自己的IP地址是否相等；
6.若在第5步中的比较结果相等，则服务均衡装置根据客户端的服务鉴权元组信息生成一个新的Token2密文，例如将{服务标识SID，服务密钥}进行加密，Token2的具体生成方式本发明不作限制，同时，服务均衡装置将在第4步中获得的Token1缓存在服务均衡装置自己的数据库系统中；然后服务均衡装置根据当前集群中的服务节点的使用情况分配一台服务节点，并进入第7步；若在第5步中的比较结果不相等，则进入第10步；
7.将在第6步中计算的Token2和分配的服务节点的访问地址(如URL)返回给客户端；
8.客户端根据在第7步中返回的服务节点的访问地址向服务节点请求使用服务，并带上Token2；
9.服务节点验证Token2(具体的验证算法与在第6步中的生成算法相对应，具体的算法不发明不作限制)，若验证成功则提供相应的服务，否则服务使用失败。
10.服务均衡装置将从认证中心获得的服务集群IP地址返回给客户端，并实现请求跳转；
11.客户端重复第1步，向新的服务集群重新进行服务请求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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 (5)

1.云计算分布式服务集群系统，其特征在于：所述的系统包括服务管理集群、服务集群和服务使用客户端，所述的服务管理集群包括网络服务部署与集群方案的管理实体，负责系统的数据存储和管理交互，所述服务集群的服务器节点必须提供同一种网络服务，且所述的服务集群内的服务器节点数为一个不小于1的整数；服务集群内除了包含提供某种服务的服务器节点外，还包括一个或多个服务均衡装置，且服务负载均衡装置的IP地址作为该服务集群的标识；
所述服务使用客户端的服务由服务集群内的服务器节点统一提供，且保持数据和服务的一致性。
2.根据权利要求1中所述的云计算分布式服务集群系统，其特征在于：所述服务管理集群还包括系统配置管理装置、服务管理Portal装置和认证中心装置，
所述的系统配置管理装置为系统管理员提供系统配置交互界面，并实现相关配置功能；
所述的服务管理Portal装置为服务管理员提供服务实例创建、修改、删除等相关管理功能和交互界面；
所述的认证中心装置存储服务实例的相关信息和服务租用者相关认证与鉴权信息，认证中心还保存每个服务实例对应的服务集群信息，并将服务实例标识SID与服务集群信息绑定。
3.根据权利要求1中所述的云计算分布式服务集群系统，其特征在于：所述的服务集群内的服务节点可以通过共享数据库，提供RESTAPI的方式保持数据和服务的一致性。
4.采用如权利要求1至3中任一项所述云计算分布式服务集群系统的方法，其特征在于，所述的系统配置管理装置通过动态的方式添加服务集群的方法如下：
4-1、系统管理员通过系统配置管理装置添加一个服务集群的相关信息：该服务集群的服务均衡装置的IP地址，服务集群内所有服务节点的访问信息，访问信息的表达方式包括：URL和{通信协议标识，IP地址，端口号}元组；所述的系统配置管理装置通过一个界面供系统管理员填入上述信息；
4-2、所述的系统配置管理装置将集群的信息提交给服务管理装置，并由服务管理装置将信息入库，该过程的实现方式包括：系统配置管理装置与服务管理装置之间共享数据库系统、远程过程调用RPC或RESTAPI；
4-3、所述的服务管理员通过服务管理装置提供的管理界面创建一个服务实例，服务管理装置根据系统中的集群信息和服务创建实例的需求分配一个服务集群给对应的服务实例，如果服务集群分配成功，则服务管理装置生成一个服务实例标识SID，并将其与被分配的服务集群IP地址、与服务管理员相关联的服务鉴权元组、服务类型、服务状态信息发送给认证中心装置，并由认证中心装置将这些信息入库，该过程的实现方式包括：系统配置管理装置与服务管理装置之间共享数据库系统、远程过程调用RPC或RESTAPI。
5.采用如权利要求1至3中任一项所述云计算分布式服务集群系统的方法，其特征在于，所述服务集群的访问和使用的具体步骤如下：5-1、客户端根据域名解析得到的服务集群IP地址向服务集群的服务均衡装置发起服务请求，并带上服务鉴权元组，该鉴权元组包含服务标识ID、服务租用者的身份信息和服务使用密钥；
5-2、服务均衡装置向认证中心装置发起对客户端的认证请求，同样将服务鉴权元组发送给认证中心；
5-3、认证中心根据客户端的鉴权元组进行认证，认证方式包括将从第2步中获得的鉴权元组信息与数据库中保存的信息进行比对；对加密后的鉴权元组信息进行解密；将元组信息的哈希值与数据库中的元组信息哈希值进行比对；
5-4、认证中心将认证结果返回给服务均衡装置，若认证成功，返回的结果包含一个Token1密文和一个服务集群IP，进入第5-5步；若认证失败，则服务均衡装置直接将失败信息返回给客户端，且结束服务请求流程；
5-5、服务均衡装置检查在第5-4步中返回的服务均衡IP地址与自己的IP地址是否相等；
5-6、若在第5-5步中的比较结果相等，则服务均衡装置根据客户端的服务鉴权元组信息生成一个新的Token2密文，同时，服务均衡装置将在第5-4步中获得的Token1缓存在服务均衡装置自己的数据库系统中；然后服务均衡装置根据当前集群中的服务节点的使用情况分配一台服务节点，并进入第5-7步；若在第5-5步中的比较结果不相等，则进入第5-10步；
5-7、将在第5-6步中计算的Token2和分配的服务节点的访问地址(如URL)返回给客户端；
5-8、客户端根据在第5-7步中返回的服务节点的访问地址向服务节点请求使用服务，并带上Token2；
5-9、服务节点验证Token2，若验证成功则提供相应的服务，否则服务使用失败；
5-10、服务均衡装置将从认证中心获得的服务集群IP地址返回给客户端，并实现请求跳转；
5-11、客户端重复第5-1步，向新的服务集群重新进行服务请求。
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