CN112947333A - 一种基于socket长连接的均衡负载分片方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种基于socket长连接的均衡负载分片方法，采用分片方法负载均衡大量socket连接，解决服务器因socket连接过多，cpu承载压力过大，致使服务器宕机的问题；采用一致性hash算法提高容错性和扩展性，新增片区时只移一小部分到新增片区，其它的socket连接继续通讯，不受影响，移除片区时把出现故障片区内的ip顺时针移到下一个片区，不影响其它已连接的socket连接，并且片区移除可自动移除也可通过命令移除，可以在主服务器的配置文件中配置移除方式；采用心跳监测方式，监听主服务器与从服务器的通讯，从服务器出现故障，可自动转移该服务器上的socket连接到下一个片区，防止服务器宕机使得服务器的socket连接失效，与现场设备的通讯中断的问题。

Description

一种基于socket长连接的均衡负载分片方法
技术领域
本发明涉及互联网技术领域，尤其涉及一种基于socket长连接的均衡负载分片方法。
背景技术
工业互联网的本质核心是生产企业通过建立工业互联网平台，把联网装置、传感器、自动化设备、供应商、产品、用户等紧密地连接起来。利用5G、物联网、人工智能等新兴技术，通过软件对工业数据进行信息汇总，然后基于大数据平台，根据相应的指标、规则进行大数据分析，最终提炼出对企业和个人有用的新信息，帮助他们进行更好的决策。随着5G、物联网的快速发展，企业的工业互联网平台构建迫在眉睫。工业互联网平台与现场设备通讯一般采用TCP网络通信协议，即socket长连接。对于socket短链接来说就好比是http请求，请求服务器，服务器返回数据以后请求管道就关闭了，服务器与客户端的链接就释放了。但是对于socket长链接就不同了，当设备与服务器建立连接以后就要一直保持连接，或者说保持较长时间的链接，那么就会大量消耗服务器的资源。若存在大量的这样的请求以后服务器终究会出现故障。通过对TCPClient/server最大连接数我们得知单机socket服务是存在最大链接数限制。尽管理论值很大，但还要考虑到实际服务器的内存/cpu/带宽等条件，不可能指望单机承载特别大的链接请求。为了解决以上问题，采用分布式系统，把大量socket连接负载均衡到各个从服务器上，比如nginx，但它是基于转发的方式，不能应用在socket长链接请求上。目前，在这一方面还没有特别优秀的处理框架。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种基于socket长连接的均衡负载分片方法，该方法采用一致性hash算法对服务器ip进行计算，得出多个片区，然后再对各个客户端的ip进行一致性hash计算，得出的hash值映射到各个片区，以负载均衡的socket长连接，并且采用一致性hash算法，在新增或移除服务器时，极少影响到那些已连接的socket。同时新增了心跳监测，可自动移除该服务器对应的片区，并把该片区对应的socket连接顺时针移到下一个片区，完成自动切换。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于socket长连接的均衡负载分片方法，包括以下步骤：
步骤一，通过启动路由模块，获取配置信息，包含多个从服务器ip、多个客户端ip及心跳监控模块；
步骤二，将步骤一中多个从服务器ip定义为key，通过一致性hash算法得出多个hash值，这些hash值都是在0～232区间内，值与值的区间即为片区，通过从服务器的多个ip，得出多个片区；
步骤三，将步骤一中多个客户端ip为key，通过一致性hash算法得出多个hash值，这些值会分布在多个片区内，每个片区对应多个客户端，即每台从服务器承载了多个客户端ip；
步骤四，通过各个片区内的客户端ip与终端采集器进行socket连接，建立连接以后，开始数据采集；
步骤五，获得多个步骤一中从服务器的心跳时间，启动心跳监测，监听主服务器与从服务器的通讯；主服务器根据心跳时间向每个从服务器轮询发送心跳报文，从服务器每收到报文便回应一条报文到主服务器，判定此从服务器正常工作；当主服务器向从服务器发送报文以后，15秒没有收到从服务器应答时，尝试发送3次，每次间隔5秒，若从服务器仍没应答，判定此从服务器出现故障。
而且，均衡负载分片方法中还包括片区移除方法，首先通过主服务器的路由模块使用命令删除配置文件中此从服务器的ip，再把此片区内的连接顺时针移到下一个片区，并进行socket连接，在不影响其它socket连接基础上，完成动态移除。
而且，片区移除方法包括手动移除及自动移除，其中手动移除通过路由模块中的命令add完成，而自动移除是路由模块通过心跳监测判断出现故障，自动删除配置文件中此从服务器的ip，并把此片区内的连接顺时针移到下一个片区，再进行socket连接。
而且，均衡负载分片方法中还包括片区新增方法，首先使用命令add新增一个从服务器，路由模块会把从服务器的ip写入配置文件中，然后通过一致性hash算法计算此ip，得出hash值，该hash值会落在新增片区内；而后将新增片区分为第一新增片区及第二新增片区两部分，其中第一新增片区内存储原故障片区中的客户端ip，第二新增片区内储存新增的客户端ip；最后断开第一新增片区的socket连接，并将第二新增片区内的客户端ip重新进行socket连接，这样以修改最少socket连接完成片区新增。
本发明的优点和技术效果是：
本发明的一种基于socket长连接的均衡负载分片方法，采用分片方法负载均衡大量socket连接，解决服务器因socket连接过多，cpu承载压力过大，致使服务器宕机的问题。
本发明的一种基于socket长连接的均衡负载分片方法，采用一致性hash算法，提高容错性和扩展性，新增片区时，只移一小部分到新增片区，其它的socket连接继续通讯，不受影响，移除片区时，把出现故障片区内的ip顺时针移到下一个片区，不影响其它已连接的socket连接，并且片区移除可自动移除也可通过命令移除，可以在主服务器的配置文件中配置移除方式。
本发明的一种基于socket长连接的均衡负载分片方法，采用心跳监测方式，监听主服务器与从服务器的通讯，从服务器出现故障，可自动转移该服务器上的socket连接到下一个片区，防止服务器宕机使得服务器的socket连接失效，与现场设备的通讯中断的问题。
附图说明
图1为本发明中均衡负载分片系统的框架示意图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。需要说明的是，本实施例是描述性的，不是限定性的，不能由此限定本发明的保护范围。
一种基于socket长连接的均衡负载分片方法，包括以下步骤：
步骤一，通过启动路由模块，获取配置信息，包含多个从服务器ip、多个客户端ip及心跳监控模块；
步骤二，将步骤一中多个从服务器ip定义为key，通过一致性hash算法得出多个hash值，这些hash值都是在0～232区间内，值与值的区间即为片区，通过从服务器的多个ip，得出多个片区；
步骤三，将步骤一中多个客户端ip为key，通过一致性hash算法得出多个hash值，这些值会分布在多个片区内，每个片区对应多个客户端，即每台从服务器承载了多个客户端ip；
步骤四，通过各个片区内的客户端ip与终端采集器进行socket连接，建立连接以后，开始数据采集；
步骤五，获得多个步骤一中从服务器的心跳时间，启动心跳监测，监听主服务器与从服务器的通讯；主服务器根据心跳时间向每个从服务器轮询发送心跳报文，从服务器每收到报文便回应一条报文到主服务器，判定此从服务器正常工作；当主服务器向从服务器发送报文以后，15秒没有收到从服务器应答时，尝试发送3次，每次间隔5秒，若从服务器仍没应答，判定此从服务器出现故障。
而且，均衡负载分片方法中还包括片区移除方法，首先通过主服务器的路由模块使用命令删除配置文件中此从服务器的ip，再把此片区内的连接顺时针移到下一个片区，并进行socket连接，在不影响其它socket连接基础上，完成动态移除。
而且，片区移除方法包括手动移除及自动移除，其中手动移除通过路由模块中的命令add完成，而自动移除是路由模块通过心跳监测判断出现故障，自动删除配置文件中此从服务器的ip，并把此片区内的连接顺时针移到下一个片区，再进行socket连接。
而且，均衡负载分片方法中还包括片区新增方法，首先使用命令add新增一个从服务器，路由模块会把从服务器的ip写入配置文件中，然后通过一致性hash算法计算此ip，得出hash值，该hash值会落在新增片区内；而后将新增片区分为第一新增片区及第二新增片区两部分，其中第一新增片区内存储原故障片区中的客户端ip，第二新增片区内储存新增的客户端ip；最后断开第一新增片区的socket连接，并将第二新增片区内的客户端ip重新进行socket连接，这样以修改最少socket连接完成片区新增。
另外，本发明优选的，socket连接以及hash算法分别采用现有技术中的成熟技术手段。
另外，本发明优选的，主服务器、从服务器、客户端及心跳监控模块均采用现有技术中的成熟产品。
为更清楚的说明本发明的具体使用方式，下面提供一种实例：
本发明的一种基于socket长连接的均衡负载分片方法，用于解决单台服务器承载socket连接数量太大，服务器容易宕机的问题。可在分布式系统中，负载均衡大量的socket连接。避免服务器宕机，在不影响其他服务器socket连接的情况下把宕机的socket连接自动分配到其它的服务器。当服务器已经不能承载大量的socket连接时，可在不影响大部分已连接socket的情况，新增服务器，分摊这些socket连接。
本发明为一种负载均衡socket长连接的分片方法，该方法主要应用在分布式系统上，系统分为主、从服务器。主服务器上运行着路由模块，主要完成读取配置信息、分片分区以及从服务器的心跳监测工作。从服务器主要负责与项目现场的通讯终端采集器进行socket连接，采集设备数据，同时还应答主服务器的心跳报文。分片方法首先以从服务器的ip作为key，通过一致性hash算法，计算得出多个hash值，这些值组成多个片区，每个片区对应一个从服务器，然后以要进行socket连接的多客户端ip为key，通过一致性hash算法，计算得出多个hash值，这些值都分布在各个片区内，即从服务器中包含着片区内多个要进行socket的ip，从服务器通过已分配的ip与项目现场的通讯终端采集器进行socket连接通讯，设备数据采集。
当某个从服务器出现故障时，主服务器的路由模块通过心跳报文监测到，路由模块会手动或自动移除该从服务器的ip，将出故障的从服务器所有socket连接顺时针移到下一个片区，这样在不影响其它从服务器已有的socket基础上，完成了移除操作。
当服务器已经不能承载大量的socket连接，需要新增一台从服务器。首先，路由模块会把从服务器的ip写入配置文件中，然后通过一致性hash算法计算此ip，得出hash值，这些hash值会落在某一个片区内，把该片区分成第一新增片区及第二新增片区两部分，其中第一新增片区内存储原客户端ip，并断开这部分的socket连接；第二新增片区内存储新客户端ip，并第二新增片区内进行socket连接，这样以修改最少socket连接完成片区新增。
最后，本发明优选的，本发明的未尽述之处均采用现有技术中的成熟产品及成熟技术手段。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于socket长连接的均衡负载分片方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，通过启动路由模块，获取配置信息，包含多个从服务器ip、多个客户端ip及心跳监控模块；
步骤二，将步骤一中多个从服务器ip定义为key，通过一致性hash算法得出多个hash值，这些hash值都是在0～232区间内，值与值的区间即为片区，通过从服务器的多个ip，得出多个片区；
步骤三，将步骤一中多个客户端ip为key，通过一致性hash算法得出多个hash值，这些值会分布在多个片区内，每个片区对应多个客户端，即每台从服务器承载了多个客户端ip；
步骤四，通过各个片区内的客户端ip与终端采集器进行socket连接，建立连接以后，开始数据采集；
步骤五，获得多个步骤一中从服务器的心跳时间，启动心跳监测，监听主服务器与从服务器的通讯；主服务器根据心跳时间向每个从服务器轮询发送心跳报文，从服务器每收到报文便回应一条报文到主服务器，判定此从服务器正常工作；当主服务器向从服务器发送报文以后，15秒没有收到从服务器应答时，尝试发送3次，每次间隔5秒，若从服务器仍没应答，判定此从服务器出现故障。
2.根据权利要求1所述的一种基于socket长连接的均衡负载分片方法，其特征在于：所述均衡负载分片方法中还包括片区移除方法，首先通过主服务器的路由模块使用命令删除配置文件中此从服务器的ip，再把此片区内的连接顺时针移到下一个片区，并进行socket连接，在不影响其它socket连接基础上，完成动态移除。
3.根据权利要求2所述的一种基于socket长连接的均衡负载分片方法，其特征在于：所述片区移除方法包括手动移除及自动移除，其中手动移除通过路由模块中的命令add完成，而自动移除是路由模块通过心跳监测判断出现故障，自动删除配置文件中此从服务器的ip，并把此片区内的连接顺时针移到下一个片区，再进行socket连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于socket长连接的均衡负载分片方法，其特征在于：所述均衡负载分片方法中还包括片区新增方法，首先使用命令add新增一个从服务器，路由模块会把从服务器的ip写入配置文件中，然后通过一致性hash算法计算此ip，得出hash值，该hash值会落在新增片区内；而后将新增片区分为第一新增片区及第二新增片区两部分，其中第一新增片区内存储原故障片区中的客户端ip，第二新增片区内储存新增的客户端ip；最后断开第一新增片区的socket连接，并将第二新增片区内的客户端ip重新进行socket连接，这样以修改最少socket连接完成片区新增。
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Patentee after: TIANJIN RICHSOFT ELECTRIC POWER INFORMATION TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Patentee after: STATE GRID INFORMATION & TELECOMMUNICATION GROUP Co.,Ltd.

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