CN112231052A - 一种高性能分布式容器镜像分发系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高性能分布式容器镜像分发系统及方法,该系统包括:主仓库模块、调度模块和节点处理模块。该方法包括:主仓库模块转发镜像拉取请求;调度模块分析得到待拉取文件清单并发送数据至节点处理模块;节点处理模块获取惊险分层文件并通过IB网络传输文件。通过使用本发明,减少容器镜像服务器的服务压力。本发明作为一种高性能分布式容器镜像分发系统及方法,可广泛应用于容器云计算领域。
Description
技术领域
本发明涉及容器云计算领域,尤其涉及一种高性能分布式容器镜像分发系统及方法。
背景技术
容器作为一种轻量级、可移植、低成本的虚拟化处理方式,已经成为不少公司降低成本和提高效率的一种方式。启动容器需要硬盘中的容器镜像文件,在云原生场景下,则需要从容器镜像仓库中拉去这些镜像文件,当一个作业需要在多个节点上启动同一种容器时,这些节点都会向镜像仓库请求镜像文件,但镜像仓库节点出口带宽有限,因此该作业在各节点上的平均准备时间与该节点的部署规模呈线性关系。行业上已经存在一些用于优化该问题的方式,但是这些方法镜像层的下载都是基于HTTP的文件下载而本发明使用IB高速网络进行实际的镜像层下载,可以提供更大的下载速度;诸如alibaba的dragonfly需要修改每个docker节点的配置并重启docker守护进程,意味着需要停止当前任务;而本发明对容器引擎完全透明,可以做到热部署。而不少其他方法则是对docker的二次开发,并不能直接部署在docker集群上。
发明内容
本发明的目的是提供一种高性能分布式容器镜像分发系统及方法,解决在中心化的容器镜像仓库部署方式中,大规模启动docker容器集群时产生的集群平均准备时间随集群规模线性增长的问题。
本发明所采用的第一技术方案是:一种高性能分布式容器镜像分发系统,包括:
主仓库模块,用于接收容器镜像拉取请求并将该请求转发至调度模块,还作为镜像仓库存储容器镜像;
调度模块,包括分布式键值数据库,用于存储和更新系统的当前状态,根据镜像元数据找到镜像分层文件和空闲存储节点并发送到节点代理模块,所述系统的当前状态包括每个镜像的元数据、镜像分层文件的存储位置和每个节点当前的服务状态;
节点处理模块,用于根据调度模块发出的指令进行文件拉取并存储,还为其他节点提供镜像文件服务。
进一步,所述系统中各个节点之间的文件传输通过IB高速网络进行。
进一步,所述调度模块还包括日志子模块,所述日志子模块用于记录每一次的下载任务,并确定镜像分层文件在系统中的备份数量。
进一步,所述主仓库模块部署在镜像服务器上,所述调度模块部署在能被所有节点访问的机器上,所述节点处理模块部署在docker主机上。
本发明所采用的第二技术方案是:一种高性能分布式容器镜像分发方法,所述方法应用于权利要求1-4任一项所述的高性能分布式容器镜像分发系统,所述方法包括:
响应于用户操作,主仓库接收镜像拉取请求并转发;
根据主仓库模块转发的容器镜像拉取请求,调度模块分析得到待拉取文件清单并根据待拉取文件清单得到文件对应的备份节点;
将待拉取文件清单上的文件与对应的备份节点发送到节点处理模块;
根据调度模块发送的数据,节点处理模块获取得到镜像分层文件并通过IB网络下载对应文件;
文件下载完成后发送完成信号至调度模块并将文件保存在节点缓存;
调度模块将该节点添加到已完成拉取的文件的备份节点列表;
判断到该镜像的所有文件传输完成后,调度模块发送完成信号至主仓库模块;
主仓库模块将该镜像的信息与分层文件清单发送至节点上的Docker守护进程。
进一步,所述将文件保存在节点缓存还包括将文件解压到镜像文件目录下。
进一步,所述响应于用户操作,主仓库接收镜像拉取请求并转发这一步骤之前,还包括对系统进行部署和配置,所述对系统进行部署和配置具体包括:
在一台能被所有节点访问到的机器上部署调度模块;
在镜像服务器上部署主仓库模块并为主仓库模块配置调度模块地址;
在docker节点上部署节点代理模块,并配置docker镜像源地址。
本发明方法及装置的有益效果是:通过对系统中心化的分发,充分利用节点间网络带宽的同时兼顾负载均衡等实际需求,通过IB网络进行文件传输,在提高文件下载速度的同时降低CPU占用。
附图说明
图1是本发明一种高性能分布式容器镜像分发系统的结构框图;
图2是本发明一种高性能分布式容器镜像分发方法的步骤流程图;
图3是本发明一种应用于本发明高性能分布式容器镜像分发系统的网络负载均衡控制方法的步骤流程图。
图4是本发明一种应用于高性能分布式容器镜像分发系统的文件备份管理方法的步骤流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号,其仅为了便于阐述说明而设置,对步骤之间的顺序不做任何限定,实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
如图1所示,本发明提供了一种高性能分布式容器镜像分发系统,该系统包括:
主仓库模块,用于接收容器镜像拉取请求并将该请求转发至调度模块,还作为镜像仓库存储容器镜像;
具体地,所述主仓库模块可接受docker节点发送的容器镜像拉取请求,并将该请求转发给调度模块;在所述系统其他模块为请求节点准备好镜像文件后,由主仓库模块负责告知请求节点,使其可以开始创建相应容器。同时,主仓库模块本身作为一个镜像仓库仍然可以提供镜像服务,在此时与所述的节点代理模块等价。在用户发布或者更新镜像时,首先推送到主仓库,而后通过调度模块更新系统中该容器镜像的其他缓存并将其发布到其他节点作为备份。系统初始化时,主仓库模块存储了系统中的所有容器镜像。
调度模块,包括分布式键值数据库,用于存储和更新系统的当前状态,根据镜像元数据找到镜像分层文件和空闲存储节点并发送到节点代理模块,所述系统的当前状态包括每个镜像的元数据、镜像分层文件的存储位置和每个节点当前的服务状态;
具体地,所述调度模块包含一个分布式键值数据库和一个日志子模块。该模块存储有整个系统的当前状态,包括每个镜像的元数据,镜像分层文件的存储位置和每个节点当前的服务状态。当收到主仓库模块转发来的镜像拉取请求,调度模块通过镜像元数据找到该镜像每个分层文件及其空闲存储节点,并整理成一份清单发给节点代理。当该节点完成镜像拉取,调度模块将更新系统状态,并返回完成信号到主仓库模块。所述日志子模块会记录每一次的下载任务,以动态决定镜像分层文件在系统中的备份数量。
节点处理模块,用于根据调度模块发出的指令进行文件拉取并存储,还为其他节点提供镜像文件服务。
具体地,所述节点代理部署在每一台docker主机上,当docker主机发出镜像拉取请求,节点代理会收到一份来自调度模块的清单,该清单中包含了所需镜像分层文件的位置。随后节点代理通过IB网络向这些位置拉取相应文件,存储在节点缓存中,并解压到docker配置的镜像路径下。随后向调度模块发出完成信号。当后续有其他节点向该节点拉取分层文件时,节点代理可为其提供静态文件服务。
另外,所述容器镜像分发系统对docker系统本身没有任何改动,使用者无需停止当前服务来重启docker也无需修改配置便可透明平滑迁移到该系统,所述容器镜像分发系统支持垃圾回收和负载均衡。调度系统会更具镜像分层文件的访问频度动态调整其在系统中的备份数量;同时,限制每个节点上镜像缓存所能使用的硬盘空间大小,避免影响节点其他任务。
进一步作为本系统的优选实施例,系统中各个节点之间的文件传输通过IB高速网络进行。
具体地,所述IB网络是一个高性能计算的计算机网络通信标准,支持远程直接内存访问,具有极高的吞吐量和极低的延迟和CPU占用。
进一步作为本系统的优选实施例,所述调度模块还包括日志子模块,所述日志子模块用于记录每一次的下载任务,并确定镜像分层文件在系统中的备份数量。
进一步作为本系统的优选实施例,所述主仓库模块部署在镜像服务器上,所述调度模块部署在能被所有节点访问的机器上,所述节点处理模块部署在docker主机上。
具体地,Docker指的是容器引擎;所谓容器与虚拟机类似,但原理不同。容器时将操作系统虚拟化,虚拟机则是虚拟化硬件,因此容器更具有便携性、高效性。Docker将软件于其依赖的环境打包成一个标准化单元,从而可以无视基础设施的差别而部署到任意地方。同时提供有效的隔离措施以保证安全性,避免不同容器内的任务之间产生冲突。
本发明还提供了一种高性能分布式容器镜像分发方法,所述方法应用于权利要求1-4任一项所述的高性能分布式容器镜像分发系统,所述方法包括:
响应于用户操作,主仓库接收镜像拉取请求并转发;
根据主仓库模块转发的容器镜像拉取请求,调度模块分析得到待拉取文件清单并根据待拉取文件清单得到文件对应的备份节点;
将待拉取文件清单上的文件与对应的备份节点发送到节点处理模块;
根据调度模块发送的数据,节点处理模块获取得到镜像分层文件并通过IB网络下载对应文件;
文件下载完成后发送完成信号至调度模块并将文件保存在节点缓存;
调度模块将该节点添加到已完成拉取的文件的备份节点列表;
判断到该镜像的所有文件传输完成后,调度模块发送完成信号至主仓库模块;
主仓库模块将该镜像的信息与分层文件清单发送至节点上的Docker守护进程。
进一步作为本方法的优选实施例,所述将文件保存在节点缓存还包括将文件解压到镜像文件目录下。
进一步作为本方法的优选实施例,所述响应于用户操作,主仓库接收镜像拉取请求并转发这一步骤之前,还包括对系统进行部署和配置,所述对系统进行部署和配置具体包括:
在一台能被所有节点访问到的机器上部署调度模块;
在镜像服务器上部署主仓库模块并为主仓库模块配置调度模块地址;
在docker节点上部署节点代理模块,并配置docker镜像源地址。
本发明提供一种具体实施例,应用于本发明高性能分布式容器镜像分发系统的网络负载均衡控制方法,参照图3,包括以下步骤:
调度模块获知节点nodeI在请求文件f;若nodeI未注册则在调度模块上注册nodeI即加入到系统节点列表;
调度模块查询k-v数据库,得到文件f的备份节点列表;
查询每一备份节点的状态,寻找一个当前服务数curServCount小于限制的节点nodeL,并将其curServCount自加,如果没有这样的节点,则将该请求放入该文件的等待队列,在请求超时前等待这样一个节点出现;
将该文件信息与备份节点信息发给nodeI上的节点代理模块,并等待其返回;
若得到正确返回,则将nodeL的当前服务数curServCount自减,并将nodeI添加到文件f的备份节点,其curServCount初始化为0;
若得到返回为“文件不存在”或者“节点不可访问”:前者将nodeL从文件f的备份节点列表中移出,后者将nodeL从系统节点列表中移出,之后若通过其他文件的备份节点访问到nodeL,则会返回一个空节点,并随后从该文件的备份节点列表中移出;跳回到步骤3),为nodeI重新分配一个服务节点。
将该次请求写入调度模块的服务日志。
本发明又提供一种具体实施例,应用于高性能分布式容器镜像分发系统的文件备份管理方法,参照图4,该方法包括:
系统启动时有设置两个常数T,CL,fLimit0;T表示每隔时间T启动一次备份管理;CL表示每个docker节点可以使用的节点缓存大小;fLimit0表示文件初始备份数量;
扫描该周期内的服务日志,对于文件f,如果在该周期内发生了对文件f的下载,则将其备份数量fLimit自加;否则将其备份数量fLimit自减;
对于系统中的每个节点,计算其权重,权重计算公式为weight=CL-实际使用缓存大小,计算结果小于0时取0;
对于系统中的每个镜像分层文件,若其实际备份数量fNum大于fLimit,则在其备份节点列表中选取权重最小的fNum-fLimit个节点,告知其删除文件f,并将这些节点从文件f的备份节点列表中移除;若实际备份数量fNum小于fLimit,则在系统节点列表中选取权重最大的fLimit-fNum个节点,告知其从其他节点处下载文件f;每次进行备份增加或者减少的动作之后都需要重新计算相关节点的权重。
上述系统实施例中的内容均适用于本方法实施例中,本方法实施例所具体实现的功能与上述系统实施例相同,并且达到的有益效果与上述系统实施例所达到的有益效果也相同。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明,但本发明创造并不限于所述实施例,熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换,这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (7)
1.一种高性能分布式容器镜像分发系统,其特征在于,包括:
主仓库模块,用于接收容器镜像拉取请求并将该请求转发至调度模块,还作为镜像仓库存储容器镜像;
调度模块,包括分布式键值数据库,用于存储和更新系统的当前状态,根据镜像元数据找到镜像分层文件和空闲存储节点并发送到节点代理模块,所述系统的当前状态包括每个镜像的元数据、镜像分层文件的存储位置和每个节点当前的服务状态;
节点处理模块,用于根据调度模块发出的指令进行文件拉取并存储,还为其他节点提供镜像文件服务。
2.根据权利要求1所述一种高性能分布式容器镜像分发系统,其特征在于,系统中各个节点之间的文件传输通过IB高速网络进行。
3.根据权利要求2所述一种高性能分布式容器镜像分发系统,其特征在于,所述调度模块还包括日志子模块,所述日志子模块用于记录每一次的下载任务,用以确定镜像分层文件在系统中的备份数量。
4.根据权利要求3所述一种高性能分布式容器镜像分发系统,其特征在于,所述主仓库模块部署在镜像服务器上,所述调度模块部署在能被所有节点访问的机器上,所述节点处理模块部署在docker主机上。
5.一种高性能分布式容器镜像分发方法,其特征在于,所述方法应用于权利要求1-4任一项所述的高性能分布式容器镜像分发系统,所述方法包括:
响应于用户操作,主仓库接收镜像拉取请求并转发;
根据主仓库模块转发的容器镜像拉取请求,调度模块分析得到待拉取文件清单并根据待拉取文件清单得到文件对应的备份节点;
将待拉取文件清单上的文件与对应的备份节点发送到节点处理模块;
根据调度模块发送的数据,节点处理模块获取得到镜像分层文件并通过IB网络下载对应文件;
文件下载完成后发送完成信号至调度模块并将文件保存在节点缓存;
调度模块将该节点添加到已完成拉取的文件的备份节点列表;
判断到该镜像的所有文件传输完成后,调度模块发送完成信号至主仓库模块;
主仓库模块将该镜像的信息与分层文件清单发送至节点上的Docker守护进程。
6.根据权利要求5所述一种高性能分布式容器镜像分发方法,其特征在于,所述将文件保存在节点缓存还包括将文件解压到镜像文件目录下。
7.根据权利要求6所述一种高性能分布式容器镜像分发方法,其特征在于,所述响应于用户操作,主仓库接收镜像拉取请求并转发这一步骤之前,还包括对系统进行部署和配置,所述对系统进行部署和配置具体包括:
在一台能被所有节点访问到的机器上部署调度模块;
在镜像服务器上部署主仓库模块并为主仓库模块配置调度模块地址;
在docker节点上部署节点代理模块,并配置docker镜像源地址。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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