CN109587072A - 分布式系统全局限速系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种分布式系统全局限速系统及方法，属于互联网技术领域。所述系统包括：若干限速控制节点和Redis集群；所述限速控制节点用于控制本节点的访问速率；所述Redis集群用于周期性地向所述限速控制节点获取或发布消息。本发明利用现有的令牌桶算法，并使用Redis集群周期性地向限速控制节点获取或发布消息，协调计算整个集群的访问速率，每个节点都有自己的访问计数器，并共用Redis集群，其它节点都能感知到，实现了全局限速的动态性，能够有效控制全局速率。

Description

分布式系统全局限速系统及方法

技术领域

本发明涉及互联网技术领域，尤其是涉及一种分布式系统全局限速系统及方法。

背景技术

当前，互联网应用的流量限速策略是使用漏桶、或令牌桶算法。令牌桶算法是网络流量整形(Traffic Shaping)和速率限制(Rate Limiting)中最常使用的一种算法。典型情况下，令牌桶算法用来控制发送到网络上的数据的数目，并允许突发数据的发送。但这两个算法都是单节点限速，只能控制单节点访问速率的简单情形。在分布式系统中，由于节点的动态增加减少，无法真正控制全局速率，因此现有技术中难以控制全局速率。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种分布式系统全局限速系统及方法，实现了全局限速的动态性，能够有效控制全局速率。

第一方面，本发明实施例提供了一种分布式系统全局限速系统，包括若干限速控制节点和Redis集群；

所述限速控制节点用于控制本节点的访问速率；

所述Redis集群用于周期性地向所述限速控制节点获取或发布消息。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述限速控制节点为预先配置的服务器。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述限速控制节点包括访问计数器模块和令牌桶模块；

所述访问计数器模块用于计算用户请求数据包的大小；

所述令牌桶模块用于利用令牌桶算法控制用户访问流量。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述Redis集群用于周期性地向所述限速控制节点获取或发布消息，具体包括：

Redis集群周期地获取访问计数器值，所述访问计数器值包括每个限速控制节点的访问计数器模块计算的用户请求数据包大小值；

Redis集群周期地向各个限速控制节点发布所有限速控制节点的访问计数器值。

第二方面，本发明实施例提供了一种分布式系统全局限速方法，应用于服务器，包括：

接收用户的访问请求数据包；

获取访问计数器计算的所述访问请求数据包的大小值；

根据所述访问请求数据包的大小值，利用令牌桶算法控制用户访问流量。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述利用令牌桶算法控制用户访问流量，包括：

根据令牌桶算法判断所述令牌桶的令牌数量是否大于所述访问请求数据包的大小值；

如果是，则允许用户访问；

如果否，则不允许用户访问。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，所述令牌桶的令牌数量计算方法，包括：

根据Redis集群发布的访问计数器值设置访问限速为Rate/秒；

计算每个限速控制节点的比重，计算算式为：Percentage＝1/N，其中N为服务器数量；

计算当前的令牌数量，计算算式为：100/Percentage；

令牌总数量的计算算式为：Rate*100。

第三方面，本发明实施例提供了一种分布式系统全局限速方法，应用于Redis集群，包括：

周期性地获取访问计数器值，所述访问计数器值包括每个限速控制节点的访问计数器模块计算的用户请求数据包大小值；

周期性地向各个限速控制节点发布所有限速控制节点的访问计数器值。

第四方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其中，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第二方面或第三方面所述的方法的步骤。

第五方面，本发明实施例提供了一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其中，所述程序代码使所述处理器执行如第二方面或第三方面所述的方法。

本发明实施例带来了以下有益效果：本发明提供了一种分布式系统全局限速系统及方法。该系统包括若干限速控制节点和Redis集群；其中，所述限速控制节点用于控制本节点的访问速率；所述Redis集群用于周期性地向所述限速控制节点获取或发布消息。该系统利用现有的令牌桶算法，并使用Redis集群进行协调计算整个集群的访问速率，每个节点都有自己的访问计数器，并共用Redis集群，其它节点都能感知到，实现了全局限速的动态性，能够有效控制全局速率。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本发明的上述技术即可得知。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施方式，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，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。

图1为本发明实施例一提供的一种分布式系统全局限速系统结构图；

图2为本发明实施例二提供的一种分布式系统全局限速方法流程图；

图3为本发明实施例三提供的一种分布式系统全局限速方法流程图；

图4为本发明实施例四提供的电子设备结构图。

图标：11-Redis集群；21～2N-限速控制节点；211～21N-访问计数器模块；221～22N-令牌桶模块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前，在分布式系统中，典型的流量限速算法都是单节点限速，只能控制单节点访问速率的简单情形，无法真正控制全局速率。基于此，本发明实施例提供的一种分布式系统全局限速系统及方法，可以应用于分布式系统的流量限速。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种分布式系统全局限速系统进行详细介绍。

实施例一：

本发明实施例提供了一种分布式系统全局限速系统，如图1所示，该分布式系统限速系统包括：若干限速控制节点21～2N和Redis集群11。

其中，限速控制节点21～2N用于控制本节点的访问速率。限速控制节点21～2N为预先配置的服务器，每个限速控制节点对应一个服务器。

如图1所示，每个限速控制节点包括访问计数器模块211～21N和令牌桶模块221～22N。访问计数器模块211～21N用于计算用户请求数据包的大小。令牌桶模块221～22N用于利用令牌桶算法控制用户访问流量。

限速控制节点21～2N首先接收用户访问系统的访问请求数据包，再由限速控制节点21～2N的访问计数器计算访问请求数据包的大小，获取访问请求数据包的大小值。根据令牌桶算法判断令牌桶的令牌数量是否大于访问请求数据包的大小值；如果是，则允许用户访问；如果否，则不允许用户访问。

Redis集群11用于周期性地向限速控制节点21～2N获取或发布消息。

具体的，Redis集群11周期性地获取访问计数器值，访问计数器值包括每个限速控制节点的访问计数器模块计算的用户请求数据包大小值。Redis集群11的主要功能是，周期性的获取每一个限速控制节点的用户请求数据包的大小值，数据包的大小值是由访问计数器计算出来的。

Redis集群11还周期性地向各个限速控制节点发布所有限速控制节点的访问计数器值。Redis集群11的主要功能还包括：周期性的向各个限速控制节点发布消息，该消息为所有限速控制节点的用户请求数据包大小值。

通常，为了提高网站响应速度，一般把热点数据保存在内存中而不是直接从后端数据库中读取。Redis是一个很好的Cache工具，在大型网站应用中，热点数据量往往巨大，一般能达到几十G或者上百G。由于内存大小的限制，使用一台Redis实例显然无法满足需求，这时就需要使用多台Redis(集群)作为缓存数据库，才能在用户请求时快速的进行响应。

本发明实施例提供了一种分布式系统全局限速系统，利用现有的令牌桶算法，并使用Redis集群周期性地向限速控制节点获取或发布消息，协调计算整个集群的访问速率，每个节点都有自己的访问计数器，并共用Redis集群，其它节点都能感知到，实现了全局限速的动态性，能够有效控制全局速率。

实施例二：

本发明实施例提供的一种分布式系统全局限速方法，应用于服务器，如图2所示，该方法包括以下步骤：

S201：接收用户的访问请求数据包。

用户可以在访问分布式系统时，发送访问请求，服务器接收用户访问系统的访问请求数据包。

S202：获取访问计数器计算的访问请求数据包的大小值。

首先由限速控制节点的访问计数器计算访问请求数据包的大小，获取访问请求数据包的大小值。

S203：根据访问请求数据包的大小值，利用令牌桶算法控制用户访问流量。

根据令牌桶算法判断令牌桶的令牌数量是否大于访问请求数据包的大小值；如果是，则允许用户访问；如果否，则不允许用户访问。

令牌桶以一定的速率产生令牌，桶中的令牌不断增多，如果令牌桶中的令牌已经装满，则丢弃产生的多余令牌。输入用户请求的数据包会消耗桶中的令牌。在网络传输中，数据包的大小通常不一致，大的数据包相较于小的数据包消耗的令牌要多。输入数据包经过令牌桶后的结果包括输出数据包(也就是允许用户访问系统)和丢弃的数据包(也就是拒绝用户访问系统的请求)。当令牌桶中的令牌数量可以满足数据包对令牌的需求，则将数据包输出，否则将其丢弃。

令牌桶的令牌数量计算方法为：

首先根据Redis集群发布的访问计数器值设置访问限速为Rate/秒。

计算每个限速控制节点的比重，计算算式为：Percentage＝1/N，其中N为服务器数量。

计算当前的令牌数量，计算算式为：100/Percentage。

令牌总数量的计算算式为：Rate*100。

本发明实施例提供的分布式系统全局限速方法，应用于服务器，与上述实施例一提供的分布式系统全局限速系统具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

实施例三：

本发明实施例提供的一种分布式系统全局限速方法，应用于Redis集群，如图3所示，包括以下步骤：

S301：周期地获取访问计数器值，访问计数器值包括每个限速控制节点的访问计数器模块计算的用户请求数据包大小值。

Redis集群会周期性的获取每一个限速控制节点的用户请求数据包的大小值，数据包的大小值是由访问计数器计算出来的。

S302：周期地向各个限速控制节点发布所有限速控制节点的访问计数器值。

Redis集群还会周期性的向各个限速控制节点发布消息，该消息为所有限速控制节点的用户请求数据包大小值。

本发明实施例提供的分布式系统全局限速方法，应用于Redis集群，利用Redis集群周期性地向限速控制节点获取或发布消息，协调计算整个集群的访问速率，与上述实施例一提供的分布式系统全局限速系统具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

实施例四：

本发明实施例提供的一种电子设备，如图4所示，电子设备4包括处理器41、存储器42，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述实施例二或实施例三提供的方法的步骤。

参见图4，电子设备还包括：总线44和通信接口43，处理器41、通信接口43和存储器42通过总线44连接。处理器41用于执行存储器42中存储的可执行模块，例如计算机程序。

其中，存储器42可能包含高速随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口43(可以是有线或者无线)实现该系统网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网，广域网，本地网，城域网等。

总线44可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图4中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

其中，存储器42用于存储程序，所述处理器41在接收到执行指令后，执行所述程序，前述本发明实施例任一实施例揭示的流过程定义的装置所执行的方法可以应用于处理器41中，或者由处理器41实现。

处理器41可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器41中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器41可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等。还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器42，处理器41读取存储器42中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

实施例五：

本发明实施例提供的一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，所述程序代码使所述处理器执行上述实施例二或实施例三提供的方法。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对步骤、数字表达式和数值并不限制本发明的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和方法的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种分布式系统全局限速系统，其特征在于，包括：若干限速控制节点和Redis集群；

所述限速控制节点用于控制本节点的访问速率；

所述Redis集群用于周期性地向所述限速控制节点获取或发布消息。

2.根据权利要求1所述的分布式系统全局限速系统，其特征在于，所述限速控制节点为预先配置的服务器。

3.根据权利要求2所述的分布式系统全局限速系统，其特征在于，所述限速控制节点包括访问计数器模块和令牌桶模块；

所述访问计数器模块用于计算用户请求数据包的大小；

所述令牌桶模块用于利用令牌桶算法控制用户访问流量。

4.根据权利要求1所述的分布式系统全局限速系统，其特征在于，所述Redis集群用于周期性地向所述限速控制节点获取或发布消息，具体包括：

Redis集群周期地获取访问计数器值，所述访问计数器值包括每个限速控制节点的访问计数器模块计算的用户请求数据包大小值；

Redis集群周期地向各个限速控制节点发布所有限速控制节点的访问计数器值。

5.一种分布式系统全局限速方法，其特征在于，应用于服务器，包括：

接收用户的访问请求数据包；

获取访问计数器计算的所述访问请求数据包的大小值；

根据所述访问请求数据包的大小值，利用令牌桶算法控制用户访问流量。

6.根据权利要求5所述的分布式系统全局限速方法，其特征在于，所述利用令牌桶算法控制用户访问流量，包括：

根据令牌桶算法判断所述令牌桶的令牌数量是否大于所述访问请求数据包的大小值；

如果是，则允许用户访问；

如果否，则不允许用户访问。

7.根据权利要求6所述的分布式系统全局限速方法，其特征在于，所述令牌桶的令牌数量计算方法，包括：

根据Redis集群发布的访问计数器值设置访问限速为Rate/秒；

计算每个限速控制节点的比重，计算算式为：Percentage＝1/N，其中N为服务器数量；

计算当前的令牌数量，计算算式为：100/Percentage；

令牌总数量的计算算式为：Rate*100。

8.一种分布式系统全局限速方法，其特征在于，应用于Redis集群，包括：

周期性地获取访问计数器值，所述访问计数器值包括每个限速控制节点的访问计数器模块计算的用户请求数据包大小值；

周期性地向各个限速控制节点发布所有限速控制节点的访问计数器值。

9.一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求5至8任一项所述的方法的步骤。

10.一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其特征在于，所述程序代码使所述处理器执行所述权利要求5至8任一所述方法。