CN113259416A - 一种用于大规模计算服务的可扩展计算机系统 - Google Patents

一种用于大规模计算服务的可扩展计算机系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于大规模计算的可扩展计算机系统，包括：计算节点、转发服务器、门户服务器及用户端应用程序；所述计算节点用以完成大规模计算任务；所述转发服务器通过互联网长连接方式维持与计算节点、用户端应用程序的网络连接，并进行用户端应用程序与计算节点之间的双向消息传递；所述门户服务器为计算机系统提供登陆服务、数据服务、验证服务及互联网访问服务；所述用户端应用程序用于与用户进行图形化操作交互及数据交互；本发明提供的计算机系统的计算节点可安装于可连接至门户服务器及指定转发服务器的互联网的任意位置，不需要额外的网络条件，不仅能够大大减少IP地址维护与备案的相关开销，还能减少搭建及维护VPN网络系统的相关成本。

Description

一种用于大规模计算服务的可扩展计算机系统
技术领域
本发明涉及云计算技术领域，特别是指一种用于大规模计算服务的可扩展计算机系统。
背景技术
云计算是计算机技术和互联网技术的综合应用，是解决大规模计算任务的有效途径，在面对大规模计算任务时需要有合理有效的计算机网络系统支撑。
应用于大规模计算的云计算系统中，通常包含有几个主要组成部分，即：用以提供网络访问服务的网络服务器，用以提供支撑数据的数据终端，用以提供数据交换服务的数据交换终端，以及用以执行大规模计算的计算节点。只有将几个部分进行合理地组合才能组将高效的云计算系统。
目前云计算系统常采用以下几种组成方法。
其一，将网络服务器、计算节点安装、数据终端及数据交换终端设置于同一计算机终端，由一台计算机终端同时提供网络访问服务、大规模计算服务及数据交换服务，系统需要扩展时直接增加同样的计算机终端并设置固定IP地址进行访问。该方法中，计算机终端承担的任务繁重且多样，无法根据承担的计算任务进行定向优化，且每组计算终端都必须有固定IP地址，造成极大的IP地址申请及备案开销。
其二，将网络服务器与计算节点分立，形成复杂的网络拓扑结构，由计算节点负责进行大规模计算，网络服务器担负其他角色。通常该网络系统需要将计算节点与网络服务器设置于同一计算机网络环境中，在各系统终端不能设置在同一物理空间中时，通常需要架设VPN系统，从而极大地增加了组网成本。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种用于大规模计算服务的可扩展计算机系统，不仅能够大大减少IP地址维护与备案的相关开销，还能减少搭建及维护VPN网络系统的相关成本。
本发明采用如下技术方案：
一种用于大规模计算的可扩展计算机系统，其特征在于，包括：计算节点、转发服务器、门户服务器及用户端应用程序；
所述计算节点用以完成大规模计算任务；
所述转发服务器通过互联网长连接方式维持与计算节点、用户端应用程序的网络连接，并进行用户端应用程序与计算节点之间的双向消息传递；
所述门户服务器为计算机系统提供登陆服务、数据服务、验证服务及互联网访问服务；
所述用户端应用程序用于与用户进行图形化操作交互及数据交互。
具体地，所述转发服务器及门户服务器安装于固定IP地址配置的计算机终端，用户端应用程序及计算节点安装于浮动IP地址配置的计算机终端。
具体地，所述转发服务器通过转发服务器链路表实现消息及数据的转发，所述转发服务器链路表保存有处于连接状态的所有系统组件的标识及与之对应的网络长连接计算机程序对象的实例。
具体地，所述计算节点及用户端应用程序采用登陆-连接-登出方式连接转发服务器，其连接过程包括以下步骤：
由访问转发服务器的位于任意网络位置的计算节点或用户端应用程序携带相关标识及验证口令向运行在指定IP地址、指定网络端口的转发服务器发起登陆请求；
转发服务器验证口令是否准确；
口令验证成功后，转发服务器沿登陆请求的发起链路创建双向网络长连接，并将长连接对象实例与收到的标识符一起保存入转发服务器链路表；
在当网络状态发生改变或转发服务器收到登出请求后，网络长连接切断，转发服务器从转发服务器链路表中删除指定长连接对象实例，连接结束。
具体地，网络拓扑结构具体为：
系统中包含且只包含一个门户服务器作为系统入口；
系统中可包含多个转发服务器，各转发服务器与门户服务器间有网络连接；
系统中可包含一个或多个计算节点，每个计算节点均与门户服务器及一个转发服务器建立网络连接；
系统中可包含一个或多个用户端应用程序，每个用户端应用程序均与门户服务器及至少一个转发服务器建立网络连接。
具体地，多个所述计算节点通过计算调度服务器组成计算集群，所述计算调度服务器实现转发服务器与计算节点之间的消息分发，同时实现计算任务的均衡调度。
具体地，所述门户服务器、转发服务器、计算节点及用户端应用程序安装于一台或多台计算机终端，并进行动态连接及扩展。
由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明提出的用于大规模计算的可扩展计算机系统中，只有门户服务器与转发服务器需要安装于固定IP配置的计算机终端，而数量众多的计算节点采用浮动IP配置，大大减少了IP地址维护与备案的相关开销。
(2)本发明提出的计算机系统中的计算节点采用浮动IP配置，经转发服务器及门户服务器连接入计算机系统，可安装于可连接至门户服务器及指定转发服务器的互联网的任意位置，不需要额外的网络条件，减少了搭建VPN系统的网络开销。
(3)本发明提出的计算机系统中的计算节点采用“登陆-连接-登出”模式与转发服务器进行动态连接，任意计算节点可连接至系统中任意转发服务器，计算机系统能够非常容易地进行扩展与重构，利于根据计算需求快速调整计算能力。
(4)本发明提出的计算机系统中的计算节点不再需要负责数据传输和网络服务的相关工作，可根据计算内容优选地配置相关计算机终端。
附图说明
图1为本发明实施例提供的用于大规模计算的可扩展计算机系统示意图；
图2为本发明实施例提供的计算机系统的网络拓扑结构示意图；
图3为本发明实施例提供的转发服务器链路表示意图；
图4为本发明实施例提供的包含计算集群的用于大规模计算的可扩展计算机系统示意图；
图5为本发明实施例提供的包含计算集群的用于大规模计算的可扩展计算机系统网络拓扑结构示意图。
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。
具体实施方式
本发明提出了一种用于大规模计算服务的可扩展计算机系统，能够大大减少了IP地址维护与备案的相关开销，且可安装于可连接至门户服务器及指定转发服务器的互联网的任意位置，不需要额外的网络条件，减少了搭建VPN系统的网络开销，另外，本发明提出的计算机系统能够非常容易地进行扩展与重构，利于根据计算需求快速调整计算能力，并且，计算机系统中的计算节点不再需要负责数据传输和网络服务的相关工作，可根据计算内容优选地配置相关计算机终端。
一种用于大规模计算的可扩展计算机系统，其特征在于，包括：计算节点、转发服务器、门户服务器及用户端应用程序；
所述计算节点用以完成大规模计算任务；所述转发服务器通过互联网长连接方式维持与计算节点、用户端应用程序的网络连接，并进行用户端应用程序与计算节点之间的双向消息传递；所述门户服务器为计算机系统提供登陆服务、数据服务、验证服务及互联网访问服务；所述用户端应用程序用于与用户进行图形化操作交互及数据交互。
如图1所示本发明实施例提供的计算机系统包含：计算节点11、转发服务器12、门户服务器13、用户端应用程序14。本发明实施例提供的计算机系统按照用途及安装位置划分为用户端21、服务器端22及计算节点端23，用户端21用于直接与用户进行界面交互及数据交互，服务器端22用于完成系统控制、数据收发、数据处理等工作，计算节点端23用于实现系统需要的大规模计算工作。
计算机网络的组成部分中，用户端应用程序14位于用户端21，转发服务器12及门户服务器13位于服务器端22，计算节点11位于计算节点端23。用户端21内组件采用浮动IP，服务器端22中的组件采用固定IP地址配置，计算节点端23组件可采用浮动IP地址配置。
转发服务器12是用于用户端21及计算节点端23之间消息转发的应用程序组件，安装于服务器端22。安装转发服务器12的计算机终端采用固定IP地址配置。
门户服务器13是用于为计算机系统提供数据服务、登陆服务、浏览器应用服务及其他网络服务的应用程序组件，安装于服务器端22，安装门户服务器13的计算机终端采用固定IP地址配置。
计算节点11是用于执行一项或一系列大规模计算的应用程序组件，通常安装于位于计算节点端23的计算资源极丰富的计算机终端。安装计算节点11的计算机终端采用浮动IP地址配置。
用户端应用程序14是安装于用户端21的应用程序组件。户端应用程序14可以是基于HTML网络协议开发的运行在互联网浏览器上的浏览器页面应用程序15，也可以是运行在用户端21计算机终端上的独立应用程序。运行用户端应用程序14的计算机终端采用浮动IP配置。
本发明提出的用于大规模计算的可扩展计算机系统中，只有门户服务器与转发服务器需要安装于固定IP配置的计算机终端，而数量众多的计算节点采用浮动IP配置，大大减少了IP地址维护与备案的相关开销；系统中的计算节点采用浮动IP配置，经转发服务器及门户服务器连接入计算机系统，可安装于可连接至门户服务器及指定转发服务器的互联网的任意位置，不需要额外的网络条件，减少了搭建VPN系统的网络开销。
本发明提出的计算系统的网络拓扑结构具体为：
系统中包含且只包含一个门户服务器作为系统入口；
系统中可包含多个转发服务器，各转发服务器与门户服务器间有网络连接；
系统中可包含一个或多个计算节点，每个计算节点均与门户服务器及一个转发服务器建立网络连接；
系统中可包含一个或多个用户端应用程序，每个用户端应用程序均与门户服务器及至少一个转发服务器建立网络连接。
图2为本发明提供的计算机系统的网络拓扑结构示意图的一个实施例，使用该实施例可以说明本发明提供的计算机系统的网络拓扑情况。本发明提供的计算机系统中，需包含且仅包含一个门户服务器13应用程序组件，作为计算机系统的唯一登陆入口。系统中包含有至少一个转发服务器12应用程序组件。系统中门户服务器13与所有转发服务器12不得使用相同IP地址及网络端口组合。系统中包含有一个或多个计算节点11应用程序组件，计算节点11与门户服务器13及转发服务器12连接，一个计算节点11应用程序在一个连接周期内只能与一个转发服务器12应用程序连接。用户端应用程序14与门户服务器13及转发服务器12连接，用户端应用程序14可根据需要同时连接一个或多个转发服务器12应用程序组件。每组转发服务器12与门户服务器13连接。
具体地，所述转发服务器通过转发服务器链路表实现消息及数据的转发，所述转发服务器链路表保存有处于连接状态的所有系统组件的标识及与之对应的网络长连接计算机程序对象的实例。
具体地，所述计算节点及用户端应用程序采用登陆-连接-登出方式连接转发服务器，其连接过程包括以下步骤：
由访问转发服务器的位于任意网络位置的计算节点或用户端应用程序携带相关标识及验证口令向运行在指定IP地址、指定网络端口的转发服务器发起登陆请求；
转发服务器验证口令是否准确；
口令验证成功后，转发服务器沿登陆请求的发起链路创建双向网络长连接，并将长连接对象实例与收到的标识符一起保存入转发服务器链路表；
在当网络状态发生改变或转发服务器收到登出请求后，网络长连接切断，转发服务器从转发服务器链路表中删除指定长连接对象实例，连接结束。
实施例中，计算节点11与转发服务器12之间采用“登陆-连接-登出”工作模式，在登陆时，由计算节点11携带验证口令向转发服务器12发起登陆请求，收到登陆请求后转发服务器12向门户服务器13发起口令验证询问，验证成功后转发服务器12与计算节点11间构建其网络长连接，转发服务器12记录长连接后登陆过程完成。计算节点11发起登出请求，或转发服务器12检查到与计算节点的11的网络长连接无法联通后，计算节点11在转发服务器12上完成登出过程。用户端应用程序14与转发服务器12之间同样采用“登陆-连接-登出”工作模式，其工作过程与计算节点11与转发服务器12之间的连接过程相同；本发明提出的计算机系统中的计算节点采用“登陆-连接-登出”模式与转发服务器进行动态连接，任意计算节点可连接至系统中任意转发服务器，计算机系统能够非常容易地进行扩展与重构，利于根据计算需求快速调整计算能力。
计算节点11及用户端应用程序14分别连接入某组转发服务器12应用程序后，转发服务器12内形成如图3所示的转发服务器链路表31。转发服务器链路表31包含多行，每行至少应包含长连接标识32、连接对象名称33及长连接链路对象实例34。转发服务器链路表31记录该组转发服务器12应用程序连接的所有应用程序组件，及与连接对象之间的长连接链路对象实例34。连接在同一转发服务器12上的计算节点11或用户端应用程序14通过转发服务器链路表31进行消息的双向交互。
此外，多个所述计算节点通过计算调度服务器组成计算集群，所述计算调度服务器实现转发服务器与计算节点之间的消息分发，同时实现计算任务的均衡调度。
实施例中，多个计算节点11可通过图4所示的计算调度服务器17进行二次组网，形成如图4所示的多个计算集群24。计算集群24是由一个计算调度服务器17应用程序组件和多个计算节点11共同组成的计算机系统，其中计算调度服务器17在计算集群24中扮演核心角色。计算调度服务器17的主要作用在于：实现转发服务器12与计算集群24之间的通信，实现计算节点11之间任务调度和资源分配，实现多个计算节点11之间的负载平衡。如图5所示为包含计算集群的系统网络拓扑结构示意图。
优选地，门户服务器中可包含数据库系统及相应的数据服务应用程序组件。
本发明提出的计算机系统中的计算节点不再需要负责数据传输和网络服务的相关工作，可根据计算内容优选地配置相关计算机终端。
另外，所述门户服务器、转发服务器、计算节点及用户端应用程序安装于一台或多台计算机终端，并进行动态连接及扩展。
实施例中，转发服务器12及门户服务器13可运行在同一台计算机终端，使用同一IP地址，并通过不同网络端口参与系统组建。多个计算节点11可安装于同一计算机终端。在计算硬件能力确能满足应用需求时，计算节点11、转发服务器12及门户服务器13可以安装于同一计算机终端。在特定系统需求下，用户端21、服务器端22及计算节点端23的所有系统组件可安装与同一计算机终端。
综上，本发明提出的用于大规模计算的可扩展计算机系统中，只有门户服务器与转发服务器需要安装于固定IP配置的计算机终端，而数量众多的计算节点采用浮动IP配置，大大减少了IP地址维护与备案的相关开销；系统中的计算节点采用浮动IP配置，经转发服务器及门户服务器连接入计算机系统，可安装于可连接至门户服务器及指定转发服务器的互联网的任意位置，不需要额外的网络条件，减少了搭建VPN系统的网络开销；此外，本发明提出的计算机系统中的计算节点采用“登陆-连接-登出”模式与转发服务器进行动态连接，任意计算节点可连接至系统中任意转发服务器，计算机系统能够非常容易地进行扩展与重构，利于根据计算需求快速调整计算能力。而且，本发明提出的计算机系统中的计算节点不再需要负责数据传输和网络服务的相关工作，可根据计算内容优选地配置相关计算机终端。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (7)

1.一种用于大规模计算的可扩展计算机系统，其特征在于，包括：计算节点、转发服务器、门户服务器及用户端应用程序；
所述计算节点用以完成大规模计算任务；
所述转发服务器通过互联网长连接方式维持与计算节点、用户端应用程序的网络连接，并进行用户端应用程序与计算节点之间的双向消息传递；
所述门户服务器为计算机系统提供登陆服务、数据服务、验证服务及互联网访问服务；
所述用户端应用程序用于与用户进行图形化操作交互及数据交互。
2.根据权利要求1所述的一种用于大规模计算的可扩展计算机系统，其特征在于：
所述转发服务器及门户服务器安装于固定IP地址配置的计算机终端，用户端应用程序及计算节点安装于浮动IP地址配置的计算机终端。
3.根据权利要求1所述的一种用于大规模计算的可扩展计算机系统，其特征在于：
所述转发服务器通过转发服务器链路表实现消息及数据的转发，所述转发服务器链路表保存有处于连接状态的所有系统组件的标识及与之对应的网络长连接计算机程序对象的实例。
4.根据权利要求1所述的一种用于大规模计算的可扩展计算机系统，其特征在于：所述计算节点及用户端应用程序采用登陆-连接-登出方式连接转发服务器，其连接过程包括以下步骤：
由访问转发服务器的位于任意网络位置的计算节点或用户端应用程序携带相关标识及验证口令向运行在指定IP地址、指定网络端口的转发服务器发起登陆请求；
转发服务器验证口令是否准确；
口令验证成功后，转发服务器沿登陆请求的发起链路创建双向网络长连接，并将长连接对象实例与收到的标识符一起保存入转发服务器链路表；
在当网络状态发生改变或转发服务器收到登出请求后，网络长连接切断，转发服务器从转发服务器链路表中删除指定长连接对象实例，连接结束。
5.根据权利要求1所述的一种用于大规模计算的可扩展计算机系统，其特征在于，网络拓扑结构具体为：
系统中包含且只包含一个门户服务器作为系统入口；
系统中可包含多个转发服务器，各转发服务器与门户服务器间有网络连接；
系统中可包含一个或多个计算节点，每个计算节点均与门户服务器及一个转发服务器建立网络连接；
系统中可包含一个或多个用户端应用程序，每个用户端应用程序均与门户服务器及至少一个转发服务器建立网络连接。
6.根据权利要求1所述的一种用于大规模计算的可扩展计算机系统，其特征在于：
多个所述计算节点通过计算调度服务器组成计算集群，所述计算调度服务器实现转发服务器与计算节点之间的消息分发，同时实现计算任务的均衡调度。
7.根据权利要求1所述的一种用于大规模计算的可扩展计算机系统，其特征在于：
所述门户服务器、转发服务器、计算节点及用户端应用程序安装于一台或多台计算机终端，并进行动态连接及扩展。
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