CN111130838B - 一种进程级服务实例动态扩展及网络带宽限制方法及装置 - Google Patents

一种进程级服务实例动态扩展及网络带宽限制方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种进程级服务实例动态扩展及网络带宽限制方法及装置，包括，服务进程实例启动向服务实例管理模块进行服务注册，服务实例管理模块为计算节点创建一个虚拟网桥br，并分配一个内部IP地址，为服务进程实例配置对外服务端口，网络命名空间和虚拟网卡，对计算节点建立对外服务端口和服务进程实例端口的映射规则，对网络命名空间内的虚拟网卡建立网络带宽流量限制规则；将分配好的网络命名空间信息返回给服务进程实例，服务进程实例加入到分配好的网络命名空间中，然后继续执行后续的功能逻辑，为其他计算节点的客户端提供服务。本发明实现了在服务进程不需要修改自身服务端口的前提下，在同一个计算节点上启动多份服务进程实例，并能够对服务进行进程级别的网络带宽限制。

Description

一种进程级服务实例动态扩展及网络带宽限制方法及装置
技术领域
本发明涉及一种进程级服务实例动态扩展及网络带宽限制方法及装置，属于云计算大数据技术领域。
背景技术
在微服务框架中，使用服务实例来替代传统的单应用来提供服务。根据服务请求数量部署服务实例，通过一定的负载均衡算法将服务请求分配给某一个服务实例进行处理。同一个服务的多个实例可能部署在多台计算节点上，也可能部署在同一个计算节点上。
当需要将多个服务进程实例部署在一个计算节点上时，为了确保每个服务进程实例注册TCP/UDP时使用计算节点上不同的端口，普遍的做法是设置一个专属模块用于进程实例端口分配，分配的端口作为入参传给服务进程。
这种方式需要对所有需要支持多实例化的服务逻辑进行代码改造，对于旧系统升级成多实例模式系统带来一定的工作量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种进程级服务实例动态扩展及网络带宽限制方法及装置，能够在同一个计算节点上对同一个服务进程启动多份服务实例，不需要修改服务进程实例的服务端口就可以支持多个服务进程实例同时对外提供服务。此外，为了保证网络流量资源合理使用，提供网络带宽资源控制方案：通过灵活的配置对每个服务进程实例进行网络宽带流量限制。
本发明采用的技术方案如下：
本发明实施例提供一种进程级服务实例动态扩展及网络带宽限制方法，包括：
服务进程实例接收计算节点上对外服务端口转发到自己端口的请求服务信息；所述服务进程实例具有自己的服务进程实例名和对外提供服务的绑定端口；所述服务进程实例事先配置有与绑定端口相对应的计算节点对外服务端口，网络命名空间和虚拟网卡；所述虚拟网卡配置有网络带宽流量限制规则；所述计算节点上包含一个虚拟网桥br，并配有内部IP地址；所述计算节点上还设有对外服务端口和服务进程实例端口的映射规则；
服务进程实例根据请求完成功能逻辑后，根据对外服务端口和服务进程实例端口的映射规则，通过自己的端口将回复信息转发给计算节点上的对外服务端口；
服务进程实例的回复信息经由对外服务端口回复给其他计算节点的客户端。
进一步的，所述服务进程实例在接收请求服务信息前，进行如下配置：
服务进程实例向服务实例管理模块进行服务注册，并将服务进程实例名和对外提供服务的绑定端口信息进行上报；
服务实例管理模块记录下注册的服务进程实例名和绑定端口信息，为计算节点创建一个虚拟网桥br，并分配一个内部IP地址；以及，为服务进程实例配置对外服务端口，网络命名空间和虚拟网卡；以及，对计算节点建立对外服务端口和服务进程实例端口的映射规则；以及，对网络命名空间内的虚拟网卡建立网络带宽流量限制规则；
服务实例管理模块将分配好的网络命名空间信息返回给服务进程实例；
服务进程实例加入到分配好的网络命名空间中。
进一步的，所述服务实例管理模块为服务进程实例配置对外服务端口，所述对外服务端口取自预先配置好的一个可用端口范围内。
进一步的，所述服务实例管理模块为服务进程实例配置虚拟网卡，包括：
为服务进程实例分配一对虚拟网卡veth pair，其中一个虚拟网卡veth0绑定到计算节点上的虚拟网桥br上；另一个虚拟网卡veth1绑定到该服务进程实例的网络命名空间中，并为该网络命名空间配置唯一的IP地址以及配置路由。
进一步的，所述网络命名空间的IP地址和计算节点的虚拟网桥br的内部IP地址配置在一个子网中。
进一步的，所述服务实例管理模块对计算节点建立对外服务端口和服务进程实例端口的映射规则，包括：
通过为Iptables的filter表，nat表添加相应规则以确保外部客户端服务访问宿主机端口的消息会被转发至服务进程实例的注册端口，并且该服务进程实例的回复消息也能够通过宿主机端口回复给客户端服务。
进一步的，所述服务实例管理模块对网络命名空间内的虚拟网卡建立网络带宽流量限制规则，包括：
服务实例管理模块对网络命名空间内的虚拟网卡设置traffic control规则，并结合cgroup的net_cls子系统，建立网络带宽流量限制规则，服务进程实例所有流量输出都必须遵循所述网络带宽流量限制规则。
进一步的，一个服务进程能够在同一个计算节点上启动多个服务进程实例。
进一步的，每个服务进程实例均部署在各自独立的网络命名空间内，配置自己的IP地址，拥有相同的TCP/UDP端口；一个服务进程的多个服务进程实例的网络命名空间之间通过虚拟网桥相互联通。
本发明实施例还提供一种进程级服务实例动态扩展及网络带宽限制装置，包括：
实例管理模块，用于记录注册的服务进程实例名和绑定端口信息，为计算节点创建一个虚拟网桥br，并分配一个内部IP地址；以及，为服务进程实例配置对外服务端口，网络命名空间和虚拟网卡；以及，对计算节点建立对外服务端口和服务进程实例端口的映射规则；以及，对网络命名空间内的虚拟网卡建立网络带宽流量限制规则；以及，将分配好的网络命名空间信息返回给服务进程实例；
接收模块，用于接收计算节点上对外服务端口转发到服务进程实例端口的请求服务信息；
回复模块，用于服务进程实例根据请求完成功能逻辑后，根据对外服务端口和服务进程实例端口的映射规则，通过服务进程实例端口将回复信息转发给计算节点上的对外服务端口；
以及转发模块，用于将服务进程实例的回复信息经由对外服务端口回复给其他计算节点的客户端。
进一步的，所述实例管理模块具体用于，
为服务进程实例分配一对虚拟网卡veth pair，其中一个虚拟网卡veth0绑定到计算节点上的虚拟网桥br上；另一个虚拟网卡veth1绑定到该服务进程实例的网络命名空间中，并为该网络命名空间配置唯一的IP地址以及配置路由。
进一步的，所述实例管理模块具体还用于，
通过为Iptables的filter表，nat表添加相应规则以确保外部客户端服务访问宿主机端口的消息会被转发至服务进程实例的注册端口，并且该服务进程实例的回复消息也能够通过宿主机端口回复给客户端服务。
进一步的，所述实例管理模块具体还用于，对网络命名空间内的虚拟网卡设置traffic control规则，并结合cgroup的net_cls子系统，建立网络带宽流量限制规则，服务进程实例所有流量输出都必须遵循所述网络带宽流量限制规则。
本发明所达到的有益效果如下：
（1）通过对网络命名空间内的虚拟网卡设置traffic control规则，并结合cgroup的net_cls子系统，可以实现进程级别的网络带宽流量限制；
（2）在服务进程不需要修改自身服务端口的前提下，可以在同一个计算节点上启动多份服务进程实例，由服务实例管理模块自动分配对外端口和分配独立的IP地址；
（3）通过实例管理模块，客户端可以方便的查询到各个动态启动的服务进程实例的IP和端口，然后连接服务；
（4）服务进程实例之间的网络空间是隔离的，各个服务进程实例的异常流量不会互相影响。
附图说明
图1为本发明实施例中计算节点的对外服务端口和服务进程实例端口的映射关系；
图2为本发明实施例中进程级服务实例动态扩展及网络带宽限制方法流程图。
具体实施方式
下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明实施例提供一种进程级服务实例动态扩展方法，服务进程注册固定的端口并通过TCP/UDP协议对外提供服务；某个服务进程可以在同一个计算节点上启动多份服务进程实例，每个服务进程实例部署在各自独立的网络命名空间内，配置自己的IP地址，拥有相同的TCP/UDP端口；计算节点本身也属于一个网络命名空间，并且配置了一个虚拟网桥；各个服务进程实例的网络命名空间之间通过虚拟网桥相互联通。
图1描述了端口映射关系。服务进程实例部署在独立的网络命名空间内，所有的网络命名空间相互独立。每个网络命名空间中的服务进程实例都是通过固定的端口A对外提供服务，并且都配置了一个相互独立的唯一IP地址并通过计算节点上的虚拟网桥联通。计算节点本身的网络命名空间与各服务进程实例的网络命名空间也是相互独立存在的，在计算节点上通过iptables实现端口映射。
如图1中所示，例如客户端Client1需要申请服务，通过实例管理模块的调度管理向计算节点的端口B3发起服务请求；计算节点上的端口B3收到服务请求后，通过查询iptables的规则表，将该请求转发至网络命名空间Ns3的端口A；由于服务进程实例P3部署在该网络命名空间内，因此由服务进程实例P3处理服务请求，服务请求的路径如图1中实线箭头所示；服务进程实例P3对此服务请求的回复信息也参照相同的路径返回给客户端Client1，如图1中虚线箭头所示。
本发明实施例的进程级服务实例动态扩展及网络带宽限制方法，参见图2，包括：
服务进程实例启动时，在初始化阶段首先向服务实例管理模块进行服务注册，将自己的服务实例名和对外提供服务的绑定端口信息进行上报。
服务实例管理模块是常驻进程，在收到服务注册请求后进行以下处理：
a，服务实例管理模块为计算节点创建一个虚拟网桥br，并分配一个内部IP地址；
b，服务实例管理模块记录下这个注册的服务进程实例名和绑定端口信息，然后为该服务进程实例分配一些资源，包括：
b1，为该服务进程实例分配一个计算节点上的唯一的对外服务端口，该对外服务端口取自预先配置好的一个可用端口范围内，端口选取范围可以灵活配置。其他计算节点的客户端通过向服务实例管理模块查询端口号和IP后与该对外服务端口连接，请求服务；
b2，为该服务进程实例创建一个网络命名空间。
b3，为该服务进程实例分配一对虚拟网卡veth pair，其中一个虚拟网卡veth0绑定到计算节点上的虚拟网桥br上；另一个虚拟网卡veth1绑定到该服务进程实例的网络命名空间中，然后为该网络命名空间配置唯一的IP地址以及配置路由，该IP地址和计算节点的虚拟网桥br的IP地址配置在一个子网中，即网段和子网掩码一致。通过这种方式，创建的网络命名空间可以与计算节点联通；
c，服务实例管理模块对计算节点通过Iptables建立对外服务端口和服务进程实例端口的映射规则，具体实现为：为Iptables的filter表，nat表添加相应规则以确保外部客户端服务访问宿主机端口的消息会被转发至服务进程实例的注册端口，并且该服务进程实例的回复消息也能够通过宿主机端口回复给客户端服务。其他计算节点向对外服务端口发起的服务请求都会映射到服务进程实例的内部服务端口上；
d，服务实例管理模块对网络命名空间内的虚拟网卡设置traffic control规则，并结合cgroup的net_cls子系统，建立网络带宽流量限制规则，该服务进程实例所有流量输出都会遵循这条限速规则。
上述逻辑完成以后，将分配好的网络命名空间信息返回给服务进程实例。
服务进程实例加入到分配好的网络命名空间中，然后继续执行后续的功能逻辑。
服务进程实例接收计算节点上对外服务端口转发到自己端口的请求服务信息；根据请求完成功能逻辑后，根据映射规则，再通过自己的端口将回复信息转发给计算节点上的对外服务端口，经由对外服务端口回复给其他计算节点的客户端。
另一方面，本发明实施例还提供一种进程级服务实例动态扩展及网络带宽限制装置，包括：
接收模块，用于接收计算节点上对外服务端口转发到服务进程实例端口的请求服务信息；
回复模块，用于根据请求完成功能逻辑后，根据对外服务端口和服务进程实例端口的映射规则，通过服务进程实例端口将回复信息转发给计算节点上的对外服务端口；
以及转发模块，用于将服务进程实例的回复信息经由对外服务端口回复给其他计算节点的客户端。
还包括服务实例管理模块，具体用于，
记录注册的服务进程实例名和绑定端口信息，为计算节点创建一个虚拟网桥br，并分配一个内部IP地址；以及，为服务进程实例配置对外服务端口，网络命名空间和虚拟网卡；以及，对计算节点建立对外服务端口和服务进程实例端口的映射规则；以及，对网络命名空间内的虚拟网卡建立网络带宽流量限制规则；
和将分配好的网络命名空间信息返回给服务进程实例。
值得指出的是，该装置实施例是与上述方法实施例对应的，上述方法实施例的实现方式均适用于该装置实施例中，并能达到相同或相似的技术效果，故不在此赘述。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (12)

1.一种进程级服务实例动态扩展及网络带宽限制方法，其特征在于，包括：
服务进程实例在接收请求服务信息前，进行如下配置：服务进程实例向服务实例管理模块进行服务注册，并将服务进程实例名和对外提供服务的绑定端口信息进行上报；服务实例管理模块记录下注册的服务进程实例名和绑定端口信息，为计算节点创建一个虚拟网桥br，并分配一个内部IP地址；以及，为服务进程实例配置对外服务端口，网络命名空间和虚拟网卡；以及，对计算节点建立对外服务端口和服务进程实例端口的映射规则；以及，对网络命名空间内的虚拟网卡建立网络带宽流量限制规则；服务实例管理模块将分配好的网络命名空间信息返回给服务进程实例；服务进程实例加入到分配好的网络命名空间中；
服务进程实例接收计算节点上对外服务端口转发到自己端口的请求服务信息；所述服务进程实例具有自己的服务进程实例名和对外提供服务的绑定端口；所述服务进程实例事先配置有与绑定端口相对应的计算节点对外服务端口，网络命名空间和虚拟网卡；所述虚拟网卡配置有网络带宽流量限制规则；所述计算节点上包含一个虚拟网桥br，并配有内部IP地址；所述计算节点上还设有对外服务端口和服务进程实例端口的映射规则；
服务进程实例根据请求完成功能逻辑后，根据对外服务端口和服务进程实例端口的映射规则，通过自己的端口将回复信息转发给计算节点上的对外服务端口；
服务进程实例的回复信息经由对外服务端口回复给其他计算节点的客户端。
2.根据权利要求1所述的一种进程级服务实例动态扩展及网络带宽限制方法，其特征在于，所述服务实例管理模块为服务进程实例配置对外服务端口，所述对外服务端口取自预先配置好的一个可用端口范围内。
3.根据权利要求1所述的一种进程级服务实例动态扩展及网络带宽限制方法，其特征在于，所述服务实例管理模块为服务进程实例配置虚拟网卡，包括：
为服务进程实例分配一对虚拟网卡veth pair，其中一个虚拟网卡veth0绑定到计算节点上的虚拟网桥br上；另一个虚拟网卡veth1绑定到该服务进程实例的网络命名空间中，并为该网络命名空间配置唯一的IP地址以及配置路由。
4.根据权利要求3所述的一种进程级服务实例动态扩展及网络带宽限制方法，其特征在于，所述网络命名空间的IP地址和计算节点的虚拟网桥br的内部IP地址配置在一个子网中。
5.根据权利要求1所述的一种进程级服务实例动态扩展及网络带宽限制方法，其特征在于，所述服务实例管理模块对计算节点建立对外服务端口和服务进程实例端口的映射规则，包括：
通过为Iptables的filter表，nat表添加相应规则以确保外部客户端服务访问宿主机端口的消息会被转发至服务进程实例的注册端口，并且该服务进程实例的回复消息也能够通过宿主机端口回复给客户端服务。
6.根据权利要求1所述的一种进程级服务实例动态扩展及网络带宽限制方法，其特征在于，所述服务实例管理模块对网络命名空间内的虚拟网卡建立网络带宽流量限制规则，包括：
服务实例管理模块对网络命名空间内的虚拟网卡设置traffic control规则，并结合cgroup的net_cls子系统，建立网络带宽流量限制规则，服务进程实例所有流量输出都必须遵循所述网络带宽流量限制规则。
7.根据权利要求1所述的一种进程级服务实例动态扩展及网络带宽限制方法，其特征在于，一个服务进程能够在同一个计算节点上启动多个服务进程实例。
8.根据权利要求6所述的一种进程级服务实例动态扩展及网络带宽限制方法，其特征在于，每个服务进程实例均部署在各自独立的网络命名空间内，配置自己的IP地址，拥有相同的TCP/UDP端口；一个服务进程的多个服务进程实例的网络命名空间之间通过虚拟网桥相互联通。
9.一种进程级服务实例动态扩展及网络带宽限制装置，其特征在于，所述装置用于实现权利要求1至8任意一项所述的进程级服务实例动态扩展及网络带宽限制方法，所述装置包括：
实例管理模块，用于记录注册的服务进程实例名和绑定端口信息，为计算节点创建一个虚拟网桥br，并分配一个内部IP地址；以及，为服务进程实例配置对外服务端口，网络命名空间和虚拟网卡；以及，对计算节点建立对外服务端口和服务进程实例端口的映射规则；以及，对网络命名空间内的虚拟网卡建立网络带宽流量限制规则；以及，将分配好的网络命名空间信息返回给服务进程实例；
接收模块，用于接收计算节点上对外服务端口转发到服务进程实例端口的请求服务信息；
回复模块，用于服务进程实例根据请求完成功能逻辑后，根据对外服务端口和服务进程实例端口的映射规则，通过服务进程实例端口将回复信息转发给计算节点上的对外服务端口；
以及转发模块，用于将服务进程实例的回复信息经由对外服务端口回复给其他计算节点的客户端。
10.根据权利要求9所述的一种进程级服务实例动态扩展及网络带宽限制装置，其特征在于，所述实例管理模块具体用于，
为服务进程实例分配一对虚拟网卡veth pair，其中一个虚拟网卡veth0绑定到计算节点上的虚拟网桥br上；另一个虚拟网卡veth1绑定到该服务进程实例的网络命名空间中，并为该网络命名空间配置唯一的IP地址以及配置路由。
11.根据权利要求9所述的一种进程级服务实例动态扩展及网络带宽限制装置，其特征在于，所述实例管理模块具体还用于，
通过为Iptables的filter表，nat表添加相应规则以确保外部客户端服务访问宿主机端口的消息会被转发至服务进程实例的注册端口，并且该服务进程实例的回复消息也能够通过宿主机端口回复给客户端服务。
12.根据权利要求9所述的一种进程级服务实例动态扩展及网络带宽限制装置，其特征在于，所述实例管理模块具体还用于，对网络命名空间内的虚拟网卡设置traffic control规则，并结合cgroup的net_cls子系统，建立网络带宽流量限制规则，服务进程实例所有流量输出都必须遵循所述网络带宽流量限制规则。
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