CN111294285B - 一种网络数据的分发方法及负载均衡器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种网络数据的分发方法及负载均衡器，其中，所述方法包括：预先在用户空间创建所述第四层负载均衡器的各个用户的空间实例，所述空间实例中包括多个资源表，其中，不同空间实例中的资源表相互隔离；接收目标用户发来的网络数据，并确定所述目标用户对应的目标空间实例；将所述网络数据分发至目标处理核的接收队列中，并在所述目标处理核的所述目标空间实例中查询资源表；按照查询的所述资源表中记录的规则对所述网络数据进行处理。本申请提供的技术方案，能够实现对多个用户的网络数据进行分发的功能。

Description

一种网络数据的分发方法及负载均衡器

技术领域

本发明涉及互联网技术领域，特别涉及一种网络数据的分发方法及负载均衡器。

背景技术

随着互联网技术的不断发展，网络中的数据量也呈爆炸式地增长。为了应对海量的数据，通常会利用服务器集群对数据进行处理。在这种情况下，为了充分利用服务器集群中各个服务器的性能，可以通过负载均衡器将数据平均分配至各个服务器处。

当前，dpvs负载均衡器由于其高性能的特性，在网络架构中被广泛应用。然而，dpvs负载均衡器由于无法对不同用户的网络资源进行隔离，从而无法支持对多个用户的流量进行分发的场景。

发明内容

本申请的目的在于提供一种网络数据的分发方法及负载均衡器，能够实现对多个用户的网络数据进行分发的功能。

为实现上述目的，本申请一方面提供一种网络数据的分发方法，所述方法应用于第四层负载均衡器中，所述方法包括：预先在用户空间创建所述第四层负载均衡器的各个用户的空间实例，所述空间实例中包括多个资源表，其中，不同空间实例中的资源表相互隔离；接收目标用户发来的网络数据，并确定所述目标用户对应的目标空间实例；将所述网络数据分发至目标处理核的接收队列中，并在所述目标处理核的所述目标空间实例中查询资源表；按照查询的所述资源表中记录的规则对所述网络数据进行处理。

为实现上述目的，本申请另一方面还提供一种负载均衡器，所述负载均衡器包括：空间实例创建单元，用于预先在用户空间创建所述负载均衡器的各个用户的空间实例，所述空间实例中包括多个资源表，其中，不同空间实例中的资源表相互隔离；目标空间实例确定单元，用于接收目标用户发来的网络数据，并确定所述目标用户对应的目标空间实例；资源表查询单元，用于将所述网络数据分发至目标处理核的接收队列中，并在所述目标处理核的所述目标空间实例中查询资源表；数据处理单元，用于按照查询的所述资源表中记录的规则对所述网络数据进行处理。

为实现上述目的，本申请另一方面还提供一种负载均衡器，所述负载均衡器包括存储器和处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现上述的方法。

由上可见，本申请提供的技术方案，可以预先在用户空间创建所述负载均衡器的各个用户的空间实例，创建的空间实例中，可以预先配置多个资源表。不同空间实例中的资源表，可以相互隔离。这些资源表例如可以是连接跟踪表、IP地址表、用户端口设备表、arp(Address Resolution Protocol，地址解析协议)表、路由表、svc表、rs表等。这些资源表可以维护用户的网络数据中的各项信息，并且可以决定用户的网络数据应当被如何处理，以及应当被转发至何处。当负载均衡器接收到网络数据时，可以根据接收该网络数据的虚拟接口，确定该网络数据是由目标用户发来的。然后，可以在创建的各个空间实例中确定该目标用户对应的目标空间实例。然后，负载均衡器可以按照负载均衡策略，将该网络数据分发至目标处理核的接收队列中。为了将该网络数据与其它网络数据进行区分，负载均衡器可以在所述目标处理核的各个空间实例中确定所述目标空间实例的位置，然后可以从该目标空间实例中读取资源表中的内容。目标空间实例中的资源表可以表明对所述网络数据的处理方式，从而可以按照所述资源表中记录的规则对所述网络数据进行处理。由上可见，通过在处理核中创建不同用户的空间实例，从而可以将不同用户的网络数据按照对应空间实例中的资源表进行处理，进而能够实现对多个用户的网络数据进行分发的功能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，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是本发明实施例中网络数据的分发方法示意图；

图2是本发明实施例中负载均衡器的功能模块示意图；

图3是本发明实施例中负载均衡器的结构示意图；

图4是本发明实施例中计算机终端的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

本申请提供一种网络数据的分发方法，所述方法可以应用于第四层负载均衡器中。请参阅图1，所述方法可以包括以下步骤。

S1：预先在用户空间创建所述第四层负载均衡器的各个用户的空间实例，所述空间实例中包括多个资源表，其中，不同空间实例中的资源表相互隔离。

在本实施方式中，负载均衡器在刚开始启用时，其上可以仅具备一个虚拟端口，该虚拟端口可以用于接收一个特定用户的网络数据，这样，负载均衡器可以针对该用户发送的网络数据进行均衡处理。为了使得负载均衡器能够对多个用户的网络数据进行分发，可以在用户空间创建所述负载均衡器的各个用户的空间实例。在实际应用中，负载均衡器中可以同时存在多个处理核，为了使得每个处理核均可以同时处理不同用户的网络数据，可以在每个处理核中，均创建各个用户的空间实例，从而使得每个处理核均具备同时处理不同用户的网络数据的能力。在创建了空间实例之后，可以相应地在负载均衡器上增加对应的虚拟端口，并将增加的虚拟端口分配给该用户，以使得用户与虚拟端口形成一一对应的关系。这样，用户、该用户的空间实例以及为该用户分配的虚拟端口之间便可以建立关联关系。

在本实施方式中，在为各个用户创建空间实例时，可以在空间实例中构建各种资源表。这些资源表例如可以是连接跟踪表、IP地址表、用户端口设备表、arp(AddressResolution Protocol，地址解析协议)表、路由表、svc表、rs表等。这些资源表中记录该用户的网络数据对应的各项信息。此外，在一个实施方式中，在构建各个资源表之后，还可以为用户的空间实例设置各项资源的上限值。这些上限值例如可以包括最大连接数、最大IP地址数、最大设备数、最大路由数等数值。这些上限值可以使得所述空间实例实际使用的资源小于或者等于对应的上限值，从而保证不影响其它空间实例的正常运行。

在本实施方式中，在构建各个空间实例的资源表时，可以将不同空间实例中的资源表相互隔离，从而避免数据之间的相互影响。

S3：接收目标用户发来的网络数据，并确定所述目标用户对应的目标空间实例。

在本实施方式中，在为目标用户分配了对应的虚拟端口之后，目标用户发送至负载均衡器的网络数据均可以被该虚拟端口接收。这样，通过为所述目标用户分配的虚拟端口接收所述目标用户发来的网络数据之后，可以根据上述建立的关联关系，将虚拟端口的标识作为查询条件，查询到该网络数据所属的目标用户，进而可以将与所述目标用户关联的空间实例作为步骤S3中所述的目标空间实例。

在本实施方式中，目标空间实例在创建时，可以具备名称字符串，因此确定出的目标空间实例也可以通过名称字符串的形式来表示。

S5：将所述网络数据分发至目标处理核的接收队列中，并在所述目标处理核的所述目标空间实例中查询资源表。

在本实施方式中，负载均衡器为了充分发挥各个处理核的运算效率，通常可以按照负载均衡策略，将接收到的网络数据平均分发至各个处理核处。对每个处理核而言，可以绑定对应的接收队列，该接收队列中存放的数据，可以按序被绑定的处理核处理。

在本实施方式中，可以采用一致性哈希算法，预先建立各个处理核的接收队列与哈希值之间的映射关系。一致性哈希算法能够保证网络数据可以被比较平均地分发至各个处理核的接收队列中。这样，在接收到所述目标用户发来的网络数据后，负载均衡器可以提取其中的五元组信息，然后按照哈希算法，计算该五元组信息的哈希值。上述的哈希算法例如可以是MD4算法、MD5算法、SHA-1算法、SHA-2算法等，根据实际应用场景的需求，可以选用对应的哈希算法。

在本实施方式中，在计算出网络数据对应的哈希值之后，便可以按照上述的映射关系，确定计算的所述哈希值对应的目标接收队列，并可以将所述网络数据分发至所述目标接收队列中。所述目标接收队列可以与目标处理核相绑定，后续便可以由该目标处理核处理该网络数据。

在一个实施方式中，由于哈希值的位数可能较长，为了提高数据匹配的速度，在预先建立上述的关联关系时，可以将哈希值的数据长度限定为一个指定数据长度。这样，在计算得到网络数据的哈希值之后，可以相应地在计算得到的哈希值中，从最低位开始截取所述指定数据长度的数值，并根据预先建立的所述映射关系，确定截取的所述数值对应的目标接收队列。例如，该指定数据长度为128位的数据长度，那么在计算得到网络数据的哈希值之后，可以取最低128个数值，并利用这128个数值形成的数值串来匹配对应的目标接收队列。

在本实施方式中，在将网络数据分发至所述目标接收队列中之后，目标处理核可以对该网络数据进行处理。具体地，该网络数据对应的各项信息都存放于所述目标空间实例中，由于目标处理核中包括多个用户的空间实例，因此需要从目标处理核中确定出所述目标空间实例的具体位置。

在本实施方式中，为了减少数据的冲突，在处理核中创建的空间实例可以按照哈希桶的数据结构进行分布。哈希桶的数据结构中的空间实例，可以通过对应的哈希值来确定位置。

在本实施方式中，在确定出所述目标空间实例后，可以识别所述目标空间实例的名称字符串。然后可以根据所述名称字符串中的各个字符，计算所述名称字符串的哈希值。具体地，可以分别将所述名称字符串中的各个字符转换为指定编码表中对应的数值，该指定编码表例如可以是ASCⅡ码表。在该指定编码表中可以包括各个字符以及字符对应的数值，从而可以在将名称字符串中的各个字符转换为int型的数值。最终，可以将转换得到的各个数值相加，并将相加的结果作为所述名称字符串的哈希值。这样，根据计算出的所述哈希值，便可以在所述哈希桶的数据结构中确定所述目标空间实例的位置。在确定出所述目标空间实例的位置之后，便可以在确定出的所述位置处读取所述目标空间实例中的资源表。

S7：按照查询的所述资源表中记录的规则对所述网络数据进行处理。

在本实施方式中，在读取到目标空间实例中的各个资源表之后，处理核便可以获知针对当前的网络数据的处理方式，后续便可以按照查询结果，对所述网络数据进行处理。

在一个实施方式中，所述负载均衡器中的各个处理核可以分别与各自的进程相绑定。处理核中的资源表的查询过程以及数据处理过程，均可以通过绑定的进程进行处理。鉴于此，可以确定所述目标处理核相绑定的目标进程，并通过所述目标进程查询所述目标空间实例中的资源表。由于目标处理核仅与目标进程相绑定，因此其它进程无法对目标处理核中的资源表进行查询，同时，所述目标进程在同一时刻最多只能对所述目标处理核中的一个空间实例进行查询。这样，目标空间实例中的资源表并不会同时被多个进程查询，因此，在本实施方式中，目标进程可以通过无锁机制查询所述资源表。无锁机制可以指，目标进程在访问资源表时，无需对该资源表中的信息进行加锁(因为没有其它进程会同时访问该资源表)。这样，在进行资源表查询时，可以省去加锁和解锁的过程，从而提高了数据查询的效率。

实施例二

请参阅图2，本申请还提供一种负载均衡器，所述负载均衡器包括：

空间实例创建单元，用于预先在用户空间创建所述负载均衡器的各个用户的空间实例，所述空间实例中包括多个资源表，其中，不同空间实例中的资源表相互隔离；

目标空间实例确定单元，用于接收目标用户发来的网络数据，并确定所述目标用户对应的目标空间实例；

资源表查询单元，用于将所述网络数据分发至目标处理核的接收队列中，并在所述目标处理核的所述目标空间实例中查询资源表；

数据处理单元，用于按照查询的所述资源表中记录的规则对所述网络数据进行处理。

在一个实施方式中，所述资源表查询单元包括：

映射关系建立模块，用于预先建立接收队列与哈希值的映射关系，所述接收队列与处理核相绑定；

哈希值计算模块，用于提取所述网络数据中的五元组信息，并计算所述五元组信息的哈希值；

接收队列确定模块，用于根据预先建立的所述映射关系，确定计算的所述哈希值对应的目标接收队列，所述目标接收队列与目标处理核相绑定；

数据分发模块，用于将所述网络数据分发至所述目标接收队列中。

在一个实施方式中，创建的空间实例按照哈希桶的数据结构进行分布；相应地，所述资源表查询单元包括：

字符串转换单元，用于识别所述目标空间实例的名称字符串，并根据所述名称字符串中的各个字符，计算所述名称字符串的哈希值；

空间实例确定模块，用于根据计算出的所述哈希值，在所述哈希桶的数据结构中确定所述目标空间实例的位置；

资源读取模块，用于在确定出的所述位置处读取所述目标空间实例中的资源表。

在一个实施方式中，所述负载均衡器中的各个处理核分别与各自的进程相绑定；相应地，所述资源表查询单元包括：

进程查询模块，用于确定所述目标处理核相绑定的目标进程，并通过所述目标进程查询所述目标空间实例中的资源表；其中，所述目标进程在同一时刻最多对所述目标处理核中的一个空间实例进行查询，并且通过无锁机制查询所述资源表。

请参阅图3，本申请还提供一种负载均衡器，所述负载均衡器包括存储器和处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，可以实现上述的网络数据的分发方法。

请参阅图4，在本申请中，上述实施例中的技术方案可以应用于如图4所示的计算机终端10上。计算机终端10可以包括一个或多个(图中仅示出一个)处理器102(处理器102可以包括但不限于微处理器MCU或可编程逻辑器件FPGA等的处理装置)、用于存储数据的存储器104、以及用于通信功能的传输模块106。本领域普通技术人员可以理解，图4所示的结构仅为示意，其并不对上述电子装置的结构造成限定。例如，计算机终端10还可包括比图4中所示更多或者更少的组件，或者具有与图4所示不同的配置。

存储器104可用于存储应用软件的软件程序以及模块，处理器102通过运行存储在存储器104内的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理。存储器104可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，存储器104可进一步包括相对于处理器102远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至计算机终端10。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

传输装置106用于经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络具体实例可包括计算机终端10的通信供应商提供的无线网络。在一个实例中，传输装置106包括一个网络适配器(Network Interface Controller，NIC)，其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，传输装置106可以为射频(Radio Frequency，RF)模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。

由上可见，本申请提供的技术方案，可以预先在用户空间创建所述负载均衡器的各个用户的空间实例，创建的空间实例中，可以预先配置多个资源表。不同空间实例中的资源表，可以相互隔离。这些资源表例如可以是连接跟踪表、IP地址表、用户端口设备表、arp(Address Resolution Protocol，地址解析协议)表、路由表、svc表、rs表等。这些资源表可以维护用户的网络数据中的各项信息，并且可以决定用户的网络数据应当被如何处理，以及应当被转发至何处。当负载均衡器接收到网络数据时，可以根据接收该网络数据的虚拟接口，确定该网络数据是由目标用户发来的。然后，可以在创建的各个空间实例中确定该目标用户对应的目标空间实例。然后，负载均衡器可以按照负载均衡策略，将该网络数据分发至目标处理核的接收队列中。为了将该网络数据与其它网络数据进行区分，负载均衡器可以在所述目标处理核的各个空间实例中确定所述目标空间实例的位置，然后可以从该目标空间实例中读取资源表中的内容。目标空间实例中的资源表可以表明对所述网络数据的处理方式，从而可以按照所述资源表中记录的规则对所述网络数据进行处理。由上可见，通过在处理核中创建不同用户的空间实例，从而可以将不同用户的网络数据按照对应空间实例中的资源表进行处理，进而能够实现对多个用户的网络数据进行分发的功能。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件来实现。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，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)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

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 (10)

1.一种网络数据的分发方法，其特征在于，所述方法应用于第四层负载均衡器中，所述方法包括：

预先在用户空间为所述第四层负载均衡器中的每个处理核，创建各个用户的空间实例，所述空间实例中包括多个资源表，其中，不同空间实例中的资源表相互隔离，且创建的空间实例按照哈希桶的数据结构进行分布；

为创建的空间实例对应的用户分配虚拟端口，并建立用户、所述用户的空间实例以及为所述用户分配的虚拟端口之间的关联关系；

通过为目标用户分配的虚拟端口，接收所述目标用户发来的网络数据，根据建立的所述关联关系，将与所述目标用户关联的空间实例作为所述目标空间实例；

将所述网络数据分发至目标处理核的接收队列中，并在所述目标处理核的所述目标空间实例中查询资源表；包括：识别所述目标空间实例的名称字符串，并根据所述名称字符串中的各个字符，计算所述名称字符串的哈希值，根据计算出的所述哈希值，在所述哈希桶的数据结构中确定所述目标空间实例的位置，在确定出的所述位置处读取所述目标空间实例中的资源表；

按照查询的所述资源表中记录的规则对所述网络数据进行处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述网络数据分发至目标处理核的接收队列中包括：

预先建立接收队列与哈希值的映射关系，所述接收队列与处理核相绑定；

提取所述网络数据中的五元组信息，并计算所述五元组信息的哈希值；

根据预先建立的所述映射关系，确定计算的所述哈希值对应的目标接收队列，所述目标接收队列与目标处理核相绑定；

将所述网络数据分发至所述目标接收队列中。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在预先建立的所述映射关系中，所述哈希值具备指定数据长度；相应地，根据预先建立的所述映射关系，确定计算的所述哈希值对应的目标接收队列包括：

在计算的所述哈希值中，从最低位开始截取所述指定数据长度的数值，并根据预先建立的所述映射关系，确定截取的所述数值对应的目标接收队列。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述名称字符串中的各个字符，计算所述名称字符串的哈希值包括：

分别将所述名称字符串中的各个字符转换为指定编码表中对应的数值，并将转换得到的各个数值相加，并将相加的结果作为所述名称字符串的哈希值。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第四层负载均衡器中的各个处理核分别与各自的进程相绑定；相应地，在所述目标处理核的所述目标空间实例中查询资源表包括：

确定所述目标处理核相绑定的目标进程，并通过所述目标进程查询所述目标空间实例中的资源表；其中，所述目标进程在同一时刻最多对所述目标处理核中的一个空间实例进行查询，并且通过无锁机制查询所述资源表。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为所述第四层负载均衡器中的每个处理核，创建各个用户的空间实例之后，所述方法还包括：

为所述空间实例设置各项资源的上限值，以使得所述空间实例使用的资源小于或者等于对应的上限值。

7.一种负载均衡器，其特征在于，所述负载均衡器包括：

空间实例创建单元，用于预先在用户空间为所述第四层负载均衡器中的每个处理核，创建各个用户的空间实例，所述空间实例中包括多个资源表，其中，不同空间实例中的资源表相互隔离，创建的空间实例按照哈希桶的数据结构进行分布，且为创建的空间实例对应的用户分配虚拟端口，建立用户、所述用户的空间实例以及为所述用户分配的虚拟端口之间的关联关系；

目标空间实例确定单元，用于通过为目标用户分配的虚拟端口，接收所述目标用户发来的网络数据，根据建立的所述关联关系，将与所述目标用户关联的空间实例作为所述目标空间实例；

资源表查询单元，用于将所述网络数据分发至目标处理核的接收队列中，并在所述目标处理核的所述目标空间实例中查询资源表；所述资源表查询单元包括：字符串转换单元，用于识别所述目标空间实例的名称字符串，并根据所述名称字符串中的各个字符，计算所述名称字符串的哈希值；空间实例确定模块，用于根据计算出的所述哈希值，在所述哈希桶的数据结构中确定所述目标空间实例的位置；资源读取模块，用于在确定出的所述位置处读取所述目标空间实例中的资源表；

数据处理单元，用于按照查询的所述资源表中记录的规则对所述网络数据进行处理。

8.根据权利要求7所述的负载均衡器，其特征在于，所述资源表查询单元包括：

映射关系建立模块，用于预先建立接收队列与哈希值的映射关系，所述接收队列与处理核相绑定；

哈希值计算模块，用于提取所述网络数据中的五元组信息，并计算所述五元组信息的哈希值；

接收队列确定模块，用于根据预先建立的所述映射关系，确定计算的所述哈希值对应的目标接收队列，所述目标接收队列与目标处理核相绑定；

数据分发模块，用于将所述网络数据分发至所述目标接收队列中。

9.根据权利要求7所述的负载均衡器，其特征在于，所述负载均衡器中的各个处理核分别与各自的进程相绑定；相应地，所述资源表查询单元包括：

进程查询模块，用于确定所述目标处理核相绑定的目标进程，并通过所述目标进程查询所述目标空间实例中的资源表；其中，所述目标进程在同一时刻最多对所述目标处理核中的一个空间实例进行查询，并且通过无锁机制查询所述资源表。

10.一种负载均衡器，其特征在于，所述负载均衡器包括存储器和处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现权利要求1至6中任一权利要求所述的方法。

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