[发明专利]基于IP的任务自主均衡分配集群系统

权利要求书

1.基于IP的任务自主均衡分配集群系统，其特征包括：

(1) 使用一个或多个计算机服务器通过网络向外部用户提供服务，通过不同虚拟机的IP地址来提供任务的并行性；各个服务器的硬件和操作系统可以是相同的也可以是不同的，但都要配备网络适配器和支持TCP/IP网络协议，同时使用本发明的算法；各个服务器在本发明的算法驱动下，自动均衡分配IP在各个服务器上的数量，对外始终保持IP接口的稳定性；

(2) 各个服务器高度独立，服务器之间进行纯P2P的连接，相互传送信息；在本发明算法的控制下，任何服务器产生故障后，其IP地址和相应的虚拟机将自动被其它服务器替代；当其恢复之后，IP地址和相应的虚拟机将被其它服务器回还；

(3) IP地址是系统向外提供服务的唯一接口，任务的切分和封装完全在用户端完成，不在服务器内部和之间；一个虚拟机有唯一的一个对外服务IP；

(4) 服务器之间只定期相互传递状态信息，包括 CPU/内存/磁盘/网络使用率；不参与任务的分配或再分配或数据的封装或再封装；

(5) 各个服务器上执行的下面算法：

A 通过读取配置文件知道服务器集群的结构和初始状态，通过P2P的方法定期相互交换最新状态

B 根据配置表来计算本机所应该承担的对外IP数量和具体的IP地址；假设服务器的编号从1到N，对外服务的虚拟机的有M个，则计算方法如下

B1）计算第i台服务器的应该承担数量为

M×第i台服务器的负载能力 / N台服务器的全部负载能力

设其商为Y(i)、其余数为X(i)

B2）若本机为j，则本机至少承担Y(j)个对外IP地址；在Y(j)之外承担的更多对外IP数由下面的计算决定

B3）计算 Z = M－全部Y(i)之和，Z表示剩余IP地址数量；把X(i)按照从大到小排序，依次每机再分配一个IP且Z←Z-1，直到Z=0为止；或者一种简化的做法是当Z小于服务器的数量时，把Z个剩余的IP地址直接分配到编号最前面的Z台机器上，或编号最后面的Z台机器上；

C 配置文件中的参数包括本台机器的IP号、对外IP的网卡号、内部通信的端口地址、物理机器数量N、逻辑机器数量M、各物理机器的IP地址和各台机器的负载能力、各逻辑机器的IP地址；

D 服务器之间通过网络交换信息，信息仅仅包含反映CPU的繁忙程度、内存的使用程度、磁盘的空余程度、网络的空闲程度的指标；由这些指标来构成出新的服务器的负载能力；

E 若某台服务器在超过一定时间内都联系不上，就认为其发生了严重故障，其负载能力被认为是0；F 对于联系的上的服务器，将根据其发送的指标来重新计算其负载能力，然后得出其承担的虚拟机的数量和相应的IP地址；

(6)N台服务器对外提供M个虚拟机的IP地址，在配置时可以是 M = N 或 M > N 或 M < N ；当 N ＜ M 时为典型的并行系统；当 N ＞ M 为典型的冗余系统，其故障不会造成整体系统服务性能的下降；

(7) 上面（5）中的算法可以被看成是一种服务器之间的协议；协议可以被一定程度的修改，但其核心成分是：各服务器完全独立，没有中心结点，任何服务器之间都是都通过协议进行IP 分配，没有主从Master/Slave关系；经配置的任何服务器都可以自由加入或退出这个系统，系统内的服务器基于协议通过自组织方式对外提供稳定的IP地址。

2.如权利要求1所述的一种基于IP的任务自主均衡分配集群系统，其系统可以以分组为单位向外提供多种不同类型的服务，不同的分组提供不同类型的服务；一个分组提供一类服务，它有若干虚拟机IP地址，这些虚拟机IP由N台服务器来承担，分配方法同权利要求1步骤（5）中算法一样。

3.如权利要求1所述的一种基于IP的任务自主均衡分配集群系统，其系统构成的一种方式是把各个服务器置于一个局域网内；每个服务器可以有多个网络适配器，但其中一个适配器A应该同其它服务器的适配器处于一个局域网内，负责服务器之间的信息交换；另一个适配器B应该同其它服务器的适配器处于一个局域网内，负责服务器集群的对外服务；当然A、B也可以是同一个网络适配器，同其它服务器的适配器处于一个局域网内，既相互交换信息又负责服务器的对外服务。

4.如权利要求3所述的一种基于IP的任务自主均衡分配集群系统，在局域网中使用ARP广播来预防IP地址变换时可能产生的冲突；在各服务器删除自己过去承担的IP、或新增自己承担的新IP的同时，应当向局域网中发送ARP广播包，以通知其它服务器即时更新各自的IP。