CN109451065B - 一种软负载均衡分流自动化系统及其运行方法 - Google Patents

一种软负载均衡分流自动化系统及其运行方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种软负载均衡分流自动化系统及其运行方法，通过可视化配置模块带来了可视化的配置能力，全集群可一起配置统一生效，且打开网页即可配置无需登录远程服务器逐台配置；提供页面不需要提供其它权限，不会对服务器造成意外影响；另外，自动化配置模块与嵌入式注册端带来了扩缩容免配置效果，当集群节点发生扩缩容变化时不再需要进行配置可自动生效；REST系统接口模块带来了可集成性，平台的其它系统可以通过服务接口或是事件监听的方式获取到负载生产的数据与消息原生开源应用没有此功能；Zookeeper存储配置模块带来了配置的一致性，nginx集群及lvs集群都通过同一组配置信息生成配置文件，避免了开源软件中集群需要逐台配置容易出现错配的问题。

Description

一种软负载均衡分流自动化系统及其运行方法
技术领域
本发明属于互联网软件技术领域，尤其是一种软负载均衡分流自动化系统及其运行方法。
背景技术
随着互联网的发展，网站请求量的增加，各网站均开始采用分布式服务架构提供服务。由于网站入口单一，请求需从入口均衡分流到各负载服务器上，就需要使用请求负载技术。开源的原生软负载技术为软件实现请求均衡分流提供了基础，但原生的开源技术存在着技术分散，网络四层均衡技术(LVS, Keepalived)与网络七层规则分流技术(Nginx)分散在两个不同的组件上无法关联操作；配置通过配置文件方式无界面过于复杂非专业人员难以掌握；没有接口化信息采集与控制模块；集群信息需要体现在配置文件中，当生产环境或集群出现变更时配置过于繁琐；配置过于随意，导致同样的功能配置方式可能有多种造成运维不便等诸多的问题。在一个智慧运维的环境中，节点是动态实时变化的，需要实时提取负载请求数据并修正集群节点，现有的开源化的软负载技术无法满足这个需求。
发明内容
针对现有技术的情况，本发明的目的在于提供一种实施可靠、高效且可视化操作的软负载均衡分流自动化系统及其运行方法。
为了实现上述的技术目的，本发明采用的技术方案为：
一种软负载均衡分流自动化系统，其包括：
Zookeeper配置存储模块，用于配置存储应用节点启动后生成的信息；
嵌入式注册端，用于应用节点启动时，将环境信息注册到Zookeeper配置存储模块对应的节点上；
自动化配置模块，用于获取应用节点启动后生成的信息并形成配置文件；
原生软负载模块，与自动化配置模块一对一部署，用于获取自动化配置模块形成的配置文件并提供四层负载均衡与七层负载分流；
REST系统接口模块，提供接口调用，用于获取Zookeeper配置存储模块、自动化配置模块、原生软负载模块生成的信息；
可视化配置平台，用于获取、展示和修改REST系统接口模块、Zookeeper配置存储模块、自动化配置模块、原生软负载模块生成的信息。
进一步，所述的原生软负载模块包括LVS模块和Nginx模块，所述的LVS模块具有Keepalived模块且用于四层端口级的负载均衡，所述的Nginx模块用于七层负载分流。
优选的，所述的自动化配置模块具有Keepalived工作模式与Nginx工作模式且分别用于Keepalived模块与Nginx模具提供配置与控制服务。
优选的，所述的自动化配置模块与Zookeeper配置存储模块保持长连接且中断时自动恢复连接。
进一步，所述的自动化配置模块还用于监听应用与负载节点上下线变化并自动生成配置且执行获取节点所在服务器环境信息命令并返回结果，另外，应用启动时根据配置文件信息向Zookeeper模块注册负载节点信息。
进一步，所述的嵌入式注册端通过jar包的方式嵌入到应用中，其还用于配置IP识别码，配置所属项目名、集群名、应用版本号信息。
进一步，所述的可视化配置平台设于网络服务器中，且生成有供控制终端接入的可视化配置网站，所述的可视化网站用于编辑控制Zookeeper配置存储模块、自动化配置模块、原生软负载模块。
优选的，所述的可视化配置网站具有若干页面，分别为：
应用节点页，用于应用节点项目集群具体节点三层树展示，单个应用节点的状态信息展示与配置信息修改与启禁用删除功能及批量节点的删除禁用与启用功能；
规则分流配置页，用于项目、Nginx模块节点注册在线信息、自定义集群、自定义端口服务树型展示；且还兼具Nginx节点状态信息展示与启禁用删除和自定义集群定义功能；还可以用于指定集群IP端口列表与分流规则；提供自定义端口服务配置、指定服务端口号、转发的自定义集群、访问日志、健康检测、异常页的操作控制端口；
负载均衡配置页，用于虚拟路由组ID、项目、LVS节点注册在线信息树型展示；且兼具LVS节点状态信息展示与启禁用删除与重启功能；节点级与路由组级的虚拟端口服务配置，可配置端口号，检测时间，轮循算法，对应Nginx节点列表与健康检测机制；
项目集群配置页，用于项目与集群树型展示；且兼具集群的配置，包括集群编码、集群名称、对外端口、会话保持、健康检测、访问日志与扩展配置；
集群及应用配置页，用于项目与集群树型展示、项目层级的版本切换状态保持控制、灰度隔离等级配置、集群层级对外服务端口修改、默认分流版本号配置，集群分流情况逐版本柱状图展示与分流比例修改。
进一步，所述的REST系统接口模块包括项目管理模块、应用管理模块、均衡节点管理模块、分流服务器管理模块、状态监视模块和事件消息模块。
一种软负载均衡分流自动化系统的运行方法，其包括：应用节点启动时，通过嵌入式注册端将环境信息注册到Zookeeper配置存储模块对应的节点上；然后通过可视化配置平台提供的可视化网站进行配置应用节点启动后注册在Zookeeper配置存储模块上的信息，接着自动化配置模块自动生成对应软负载LVS或Nginx应用的配置文件，通过动态重新加载的方式改变软负载应用的行为；当应用请求从原生软负载模块进入后将其规则分流至目标业务服务节点以完成软负载工作目标。
REST系统接口模块提供安全的接口调用能力，提供应用节点信息查询，负载节点信息查询，软负载生产数据查询，配置信息查询与各种软负载相关的控制能力；界面配置模块提供界面化面向软负载的配置能力，并且可以集群生效，保证一致性。
本系统提供应用节点扩缩容免配置，即启动即扩容，即停止即缩容的自动化控制能力，并提供一个完整的，规范的，成熟的软负载解决方案。
采用上述的技术方案，本发明与现有技术相比，其具有的有益效果为：本发明方案解决了原生软负载开源组件在生产中只能提供负载能力而无法自动化随生产环境变化而变化，同时配置方式繁复的问题，通过可视化配置模块带来了可视化的配置能力，不仅达到了全集群可一起配置统一生效的高效效果，而且便捷简单，打开网页即可配置无需登录远程服务器逐台配置；再者，还实现了提供页面不需要提供其它权限，不会对服务器造成意外影响的安全效果；另外，自动化配置模块与嵌入式注册端带来了扩缩容免配置效果，当集群节点发生扩缩容变化时不再需要进行配置可自动生效；REST系统接口模块带来了可集成性，平台的其它系统可以通过服务接口或是事件监听的方式获取到负载生产的数据与消息，原生开源应用没有此功能，另外通过系统内提供了RES系统T接口模块来提供软负载的监视与控制能力供集成使用，可以方便地读软负载的状态与对软负载的行为进行控制，为后续智能化负载均衡的控制提供了基础能力；Zookeeper存储配置模块带来了配置的一致性，nginx集群及lvs集群都通过同一组配置信息生成配置文件，避免了开源软件中集群需要逐台配置容易出现错配的问题，再者，通过Zookeeper组件保存统一配置，各节点加载后再做本地化处理保证集群行为一致性；提供自动注册与通用接口模块，通过Zookeeper提供的监听器实现事件的监听，应用上线可自动向系统注册实现应用节点的自动伸缩；运维过程自动化免人工配置；多层架构的采用与自动化配置的能力带来了软负载上进行复杂配置的综合能力，这种结构由人为来维护过于复杂几乎难避免出错，实现一个地址多个端口可以为不同项目不同集群提供不同配置的服务。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的阐述：
图1为本发明方案实施例的简要架构及功能图示；
图2为本发明方案实施例的物理层次结构的简要图示；
图3为本发明方案实施例的逻辑对象层次的简要图示；
图4为本发明方案实施例的逻辑对象的组成方式简要图示。
具体实施方式
如图1至4之一所示，本发明一种软负载均衡分流自动化系统，其包括Zookeeper配置存储模块，嵌入式注册端，自动化配置模块，原生软负载模块，原生软负载模块，REST系统接口模块，可视化配置平台。
Zookeeper配置存储模块，用于配置存储应用节点启动后生成的信息，系统中所有的注册信息，配置信息，注册信息变化事件都由此组件提供，本身为高可用集群，为整个系统的核心．这些信息被保存在根节点名为shunt的树下，下级节点为项目编码，每个项目中有App Root应用信息，Nginx Root分流信息与LVS Root均衡信息组成。
嵌入式注册端，用于应用节点启动时，将环境信息和其他相关信息注册到Zookeeper配置存储模块对应的节点上, 所述的嵌入式注册端通过jar包的方式嵌入到应用中，其还用于配置IP识别码，配置所属项目名、集群名、应用版本号信息。
自动化配置模块，用于获取应用节点启动后生成的信息并形成配置文件，所述的自动化配置模块具有Keepalived工作模式与Nginx工作模式且分别用于Keepalived模块与Nginx模具提供配置与控制服务；所述的自动化配置模块与Zookeeper配置存储模块保持长连接且中断时自动恢复连接；所述的自动化配置模块还用于监听应用与负载节点上下线变化并自动生成配置且执行获取节点所在服务器环境信息命令并返回结果，另外，应用启动时根据配置文件信息向Zookeeper模块注册负载节点信息。
原生软负载模块，与自动化配置模块一对一部署，用于获取自动化配置模块形成的配置文件并提供四层负载均衡与七层负载分流；所述的原生软负载模块包括LVS模块和Nginx模块，所述的LVS模块具有Keepalived模块且用于四层端口级的负载均衡，所述的Nginx模块用于七层负载分流，还具有可进行端口的转发并在cookie层提供分流控制接口给业务应用控制分流，提供状态保持的能力。
REST系统接口模块，提供接口调用，用于获取Zookeeper配置存储模块、自动化配置模块、原生软负载模块生成的信息, 所述的REST系统接口模块包括项目管理模块、应用管理模块、均衡节点管理模块、分流服务器管理模块、状态监视模块和事件消息模块；
其各模块功能为：
项目管理模块提供项目列表查询，项目增删备份及备份恢复能力；
应用管理模块提供节点列表查询，节点注册信息查询与修改，节点启禁用删除能力；
均衡节点管理模块提供节点相关的列表查询，注册信息修改，节点启禁用删除等能力；提供keepalived重新加载能力；提供服务端口列表查询及服务端口的增删改删除；虚拟IP的修改；虚拟路由id，鉴权，优先级的查询与修改；
分流节点管理模块提供节点相关的列表查询，注册信息修改，节点启禁用删除等能力；提供Nginx重新加载能力；请求日志查询能力；集群层面上提供自定义集群列表查询，自定义集群信息查询增删改能力；自定义端口服务的列表，端口信息，增删改能力；
状态监视模块提供集群状态监视，含集群节点列表，节点名称连接状态，健康检测信息，请求发生数，失败数等；分流连接状态监视提供活跃连接数，共处理连接数，创建握手数等信息；均衡状态监视提供各对外端口的在线节点列表，节点权重，节点活跃连接数，节点的非活跃连接数，lvs在离线列表等信息；
事件消息模块，通过消息组件对外系统提供消息级的事件，其中包含：业务节点，均衡节点，分流节点的上下线，启禁用，重启，项目增删改，端口服务的增删改，集群的增删改等相关事件的消息。
可视化配置平台，用于获取、展示和修改REST系统接口模块、Zookeeper配置存储模块、自动化配置模块、原生软负载模块生成的信息；所述的可视化配置平台设于网络服务器中，且生成有供控制终端接入的可视化配置网站，所述的可视化网站用于编辑控制Zookeeper配置存储模块、自动化配置模块、原生软负载模块；优选的，所述的可视化配置网站具有若干页面，分别为：
应用节点页，用于应用节点项目集群具体节点三层树展示，单个应用节点的状态信息展示与配置信息修改与启禁用删除功能及批量节点的删除禁用与启用功能；
规则分流配置页，用于项目、Nginx模块节点注册在线信息、自定义集群、自定义端口服务树型展示；且还兼具Nginx节点状态信息展示与启禁用删除和自定义集群定义功能；还可以用于指定集群IP端口列表与分流规则；提供自定义端口服务配置、指定服务端口号、转发的自定义集群、访问日志、健康检测、异常页的操作控制端口；
负载均衡配置页，用于虚拟路由组ID、项目、LVS节点注册在线信息树型展示；且兼具LVS节点状态信息展示与启禁用删除与重启功能；节点级与路由组级的虚拟端口服务配置，可配置端口号，检测时间，轮循算法，对应Nginx节点列表与健康检测机制；
项目集群配置页，用于项目与集群树型展示；且兼具集群的配置，包括集群编码、集群名称、对外端口、会话保持、健康检测、访问日志与扩展配置；
集群及应用配置页，用于项目与集群树型展示、项目层级的版本切换状态保持控制、灰度隔离等级配置、集群层级对外服务端口修改、默认分流版本号配置，集群分流情况逐版本柱状图展示与分流比例修改。
一种软负载均衡分流自动化系统的运行方法，其包括：应用节点启动时，通过嵌入式注册端将环境信息注册到Zookeeper配置存储模块对应的节点上；然后通过可视化配置平台提供的可视化网站进行配置应用节点启动后注册在Zookeeper配置存储模块上的信息，接着自动化配置模块自动生成对应软负载LVS或Nginx应用的配置文件，通过动态重新加载的方式改变软负载应用的行为；当应用请求从原生软负载模块进入后将其规则分流至目标业务服务节点以完成软负载工作目标。
着重参见图2，本发明方案在用户请求均衡分流的简要流程为：
1. 用户请求通过vip加端口方式进入系统，由主LVS根据端口均衡转发到不同项目所属的Nginx节点上；
2. Nginx节点根据端口号，配置的权重，所带的cookie及参数，按比例将请求转发到对应的业务集群，并提供请求状态保持的能力；
3. 业务节点接收到请求后生成响应数据并回传给Nginx节点，由Nginx节点将数据发回请求端。
※新增业务节点流程（自动配置）
1. 业务节点启动，内嵌注册端注册上zookeeper并触发对应事件；
2. 该项目所属的Nginx节点Agent收到事件并生成新的配置文件，含新业务节点信息，同时触发Nginx重新加载生效配置；
3. 该项目所属的LVS节点Agent收件事件识别此业务所属集群是否已经存在，如果不存在着暴露新端口，并重新生成配置并触发重新加载生效。
本发明方案创造性地将请求分流组件与互联网分布式注册组件相结合，使其成为一种免人工运维的自动化装置。通过业务节点注册将需要转发的节点信息收集起来，通过节点上下线事件触发对应的Agent生成新的配置并让应用加载新配置并生效变更实现扩缩容免人工运维；创造性并引入了路由组，项目与集群的三层逻辑结构，实现了对外的一致访问方式和对内的配置隔离松耦合，并规范了集群对端口，路由组对VIP的配置方式；还引入了RESTFul的接口模块，即可以对外提供标准接口的系统监控服务，也可以向平台的消息总线上提供对应的软负载消息事件。相较传统的请求负载设备，本专利方案请求负载通过软件实现，可在普通的X86服务器上承载服务，由硬到软，具有先进性；相较于传统的设备当负载的业务结点发生变动的时需手工进行配置，较为复杂，本专利方案的系统可以自动响应节点变化免手工配置，具有先进性；相较于传统的负载设备相对比较封装和不统一的接口现状，本专利提供的负载接口模块不利可以提供生产的负载情况供查询，还可以通过此接口对负载行为进行控制，是未来智能运维负载层面的基石，具有先进性；本专利还可以向分布式平台的消息总线发布软负载的事件，供消息总线型系统对请求负载的事件进行整合(此模块非必须为可选)，具有先进性。
除此之外，对于未使用请求负载的项目，或是原来使用传统硬负载设备的业务。只需要对注册端进行集成（提供集成使用手册）就可以转换到本专利提供的系统中使用完整的功能，因此本发明方案具有易用性。
对于暂时不方便集成注册端，也可以通过自定义配置的方式使用负载能力，但没有自动化响应的能力，因此本发明方案还具有兼容性好的优点。
另外，本专利的系统可一次搭建到处使用，负载能力可以通过对各层节点进行扩容而得到横向的扩展。多个项目可以同用一个系统，资源可以得到充分共享，可利用普通x86服务器承载而无需专用设备，具有经济性。
以上所述为本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种软负载均衡分流自动化系统，其特征在于：其包括：
Zookeeper配置存储模块，用于配置存储应用节点启动后生成的信息；
嵌入式注册端，用于应用节点启动时，将环境信息注册到Zookeeper配置存储模块对应的节点上；
自动化配置模块，用于获取应用节点启动后生成的信息并形成配置文件；
原生软负载模块，与自动化配置模块一对一部署，用于获取自动化配置模块形成的配置文件并提供四层负载均衡与七层负载分流；
REST系统接口模块，提供接口调用，用于获取Zookeeper配置存储模块、自动化配置模块、原生软负载模块生成的信息；
可视化配置平台，用于获取、展示和修改REST系统接口模块、Zookeeper配置存储模块、自动化配置模块、原生软负载模块生成的信息。
2.根据权利要求1所述的一种软负载均衡分流自动化系统，其特征在于：所述的原生软负载模块包括LVS模块和Nginx模块，所述的LVS模块具有Keepalived模块且用于四层端口级的负载均衡，所述的Nginx模块用于七层负载分流。
3.根据权利要求2所述的一种软负载均衡分流自动化系统，其特征在于：所述的自动化配置模块具有Keepalived工作模式与Nginx工作模式且分别用于Keepalived模块与Nginx模块 提供配置与控制服务。
4.根据权利要求2所述的一种软负载均衡分流自动化系统，其特征在于：所述的自动化配置模块与Zookeeper配置存储模块保持长连接且中断时自动恢复连接。
5.根据权利要求1所述的一种软负载均衡分流自动化系统，其特征在于：所述的自动化配置模块还用于监听应用与负载节点上下线变化并自动生成配置且执行获取节点所在服务器环境信息命令并返回结果，另外，应用启动时根据配置文件信息向Zookeeper模块注册负载节点信息。
6.根据权利要求1所述的一种软负载均衡分流自动化系统，其特征在于：所述的嵌入式注册端通过jar包的方式嵌入到应用中，其还用于配置IP识别码，配置所属项目名、集群名、应用版本号信息。
7.根据权利要求1所述的一种软负载均衡分流自动化系统，其特征在于：所述的可视化配置平台设于网络服务器中，且生成有供控制终端接入的可视化配置网站，所述的可视化网站用于编辑控制Zookeeper配置存储模块、自动化配置模块、原生软负载模块。
8.根据权利要求7所述的一种软负载均衡分流自动化系统，其特征在于：所述的可视化配置网站具有若干页面，分别为：
应用节点页，用于应用节点项目集群具体节点三层树展示，单个应用节点的状态信息展示与配置信息修改与启禁用删除功能及批量节点的删除禁用与启用功能；
规则分流配置页，用于项目、Nginx模块节点注册在线信息、自定义集群、自定义端口服务树型展示；且还兼具Nginx节点状态信息展示与启禁用删除和自定义集群定义功能；还可以用于指定集群IP端口列表与分流规则；提供自定义端口服务配置、指定服务端口号、转发的自定义集群、访问日志、健康检测、异常页的操作控制端口；
负载均衡配置页，用于虚拟路由组ID、项目、LVS节点注册在线信息树型展示；且兼具LVS节点状态信息展示与启禁用删除与重启功能；节点级与路由组级的虚拟端口服务配置，可配置端口号，检测时间，轮循算法，对应Nginx节点列表与健康检测机制；
项目集群配置页，用于项目与集群树型展示；且兼具集群的配置，包括集群编码、集群名称、对外端口、会话保持、健康检测、访问日志与扩展配置；
集群及应用配置页，用于项目与集群树型展示、项目层级的版本切换状态保持控制、灰度隔离等级配置、集群层级对外服务端口修改、默认分流版本号配置，集群分流情况逐版本柱状图展示与分流比例修改。
9.根据权利要求1所述的一种软负载均衡分流自动化系统，其特征在于：所述的REST系统接口模块包括项目管理模块、应用管理模块、均衡节点管理模块、分流服务器管理模块、状态监视模块和事件消息模块。
10.根据权利要求1所述的一种软负载均衡分流自动化系统的运行方法，其特征在于：其包括：应用节点启动时，通过嵌入式注册端将环境信息注册到Zookeeper配置存储模块对应的节点上；然后通过可视化配置平台提供的可视化网站进行配置应用节点启动后注册在Zookeeper配置存储模块上的信息，接着自动化配置模块自动生成对应软负载LVS或Nginx应用的配置文件，通过动态重新加载的方式改变软负载应用的行为；当应用请求从原生软负载模块进入后将其规则分流至目标业务服务节点以完成软负载工作目标。
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